Clase 23 Hidráulica Básica. Resistencia al flujo. Serie de ejercicios 2

Summary

En este video se aborda cómo calcular pérdidas por fricción en tuberías, considerando diferentes variables como el gasto, el diámetro, la longitud de la tubería, y las propiedades del fluido (como la viscosidad y la rugosidad del material). Se explica cómo utilizar la ecuación de Darcy-Weisbach para calcular las pérdidas y se describe un proceso iterativo para obtener un factor de fricción adecuado. También se discuten diferentes métodos para calcular el diámetro de la tubería y cómo verificar la correcta aplicación de los cálculos a través de tablas y diagramas. Se exploran ejercicios prácticos con aceite y agua, destacando la importancia de ajustar los factores de fricción según las condiciones del fluido.

Takeaways

• 😀 La ecuación de energía entre dos secciones de una tubería permite calcular la pérdida de fricción considerando diversos parámetros como el diámetro, el gasto, la longitud de la tubería y la viscosidad del fluido.
• 😀 Para resolver problemas de pérdida de fricción cuando no se conoce el diámetro, se debe suponer un valor para el factor de fricción (f), calcular el diámetro, y luego ajustar el valor de f iterativamente.
• 😀 La velocidad en la tubería se puede calcular como el gasto dividido entre el área, y esta es fundamental para determinar el número de Reynolds y la rugosidad relativa, lo cual ayuda a determinar el factor de fricción.
• 😀 Si el fluido es aceite con alta viscosidad, el número de Reynolds será bajo, lo que coloca el flujo en la zona laminar y permite usar una fórmula directa para calcular el factor de fricción.
• 😀 La iteración para ajustar el factor de fricción (f) es necesaria hasta obtener un valor suficientemente cercano entre el supuesto y el calculado.
• 😀 Una vez que se tiene el diámetro y el factor de fricción, se puede calcular la altura del tanque utilizando la ecuación de energía, considerando la carga de velocidad y otros parámetros.
• 😀 El problema puede cambiar dependiendo de si la tubería descarga a un tanque o a la atmósfera, ya que en el primer caso, se debe considerar la pérdida de energía entre los tanques, mientras que en el segundo, se ajusta la ecuación de energía.
• 😀 El uso de tablas y ecuaciones específicas, como la de Darcy-Weisbach o la de Moody, permite estimar la pérdida de fricción en función del material, la rugosidad y el diámetro de la tubería.
• 😀 Para aguas o fluidos de baja viscosidad, el factor de fricción (f) será bajo, y generalmente el flujo se encuentra en una zona turbulenta o de transición según el número de Reynolds.
• 😀 Las fórmulas como las de Manning y Chezy son útiles para calcular la pendiente de fricción en canales, especialmente en ingeniería civil, ya que no dependen de un factor de fricción sino de un valor denominado 'n', relacionado con el material del canal.

Q & A

¿Cuál es la ecuación utilizada para calcular la pérdida por fricción en una tubería?

La ecuación utilizada para calcular la pérdida por fricción es la ecuación de Darcy-Weisbach, que relaciona el factor de fricción, la longitud de la tubería, el diámetro de la tubería, la velocidad del fluido y las pérdidas de energía por fricción.

¿Cómo se calcula el diámetro cuando no se conoce, pero sí el gasto y la pérdida por fricción?

El diámetro se calcula despejando la ecuación de Darcy-Weisbach, la cual es expresada en términos del gasto y del diámetro. Se supone un valor para el factor de fricción y se realiza una iteración hasta obtener una diferencia aceptable entre el valor calculado y el supuesto.

¿Qué método se recomienda para encontrar el factor de fricción cuando no se tiene su valor directo?

Se recomienda hacer una tabla en la que se suponga un valor para el factor de fricción, luego calcular el diámetro, la velocidad y el número de Reynolds. Con esta información, se determina si el valor supuesto para el factor de fricción es adecuado, y si no, se ajusta y repite el procedimiento.

¿Por qué es importante conocer el número de Reynolds en este tipo de problemas?

El número de Reynolds es crucial porque determina el régimen de flujo (laminar, de transición o turbulento). Esto influye en el cálculo del factor de fricción, ya que las ecuaciones utilizadas varían según el régimen de flujo.

¿Cómo se determina en qué zona del diagrama de Moody se encuentra el flujo?

Se determina el régimen de flujo (laminar, de transición o turbulento) a partir del número de Reynolds calculado. Luego, se utiliza el diagrama de Moody para identificar la zona correspondiente al flujo, lo que permite seleccionar la fórmula adecuada para calcular el factor de fricción.

¿Qué sucede si el flujo está en la zona laminar según el diagrama de Moody?

Si el flujo está en la zona laminar (número de Reynolds menor a 2000), se utiliza la fórmula f = 64/Re, donde 'f' es el factor de fricción y 'Re' es el número de Reynolds. Esto proporciona un valor directo para el factor de fricción sin necesidad de realizar iteraciones.

¿Qué diferencia existe entre la pérdida por fricción en un sistema con aceite y en uno con agua?

En sistemas con aceite, debido a su mayor viscosidad, el factor de fricción suele ser más alto, y el flujo tiende a estar en la zona laminar o de transición. En cambio, en sistemas con agua, la viscosidad es más baja, lo que hace que el flujo esté generalmente en la zona turbulenta, con un factor de fricción más bajo.

¿Cómo se calcula la pendiente de fricción en una tubería?

La pendiente de fricción se calcula como la relación entre la pérdida de energía por fricción y la longitud de la tubería. También puede obtenerse a partir de la ecuación de Darcy-Weisbach, o utilizando la fórmula de Manning cuando se trabaja con canales.

¿Qué factores afectan el cálculo del diámetro de una tubería?

El cálculo del diámetro depende del gasto, la longitud de la tubería, la viscosidad del fluido, la rugosidad del material de la tubería y el factor de fricción. Además, el régimen de flujo, determinado por el número de Reynolds, influye en el valor del factor de fricción.

¿Qué es el número de Reynolds y cómo se utiliza en el cálculo de fricción?

El número de Reynolds es una medida adimensional que describe el tipo de flujo en una tubería. Se calcula como la velocidad del fluido multiplicada por el diámetro de la tubería, dividido entre la viscosidad cinemática del fluido. Su valor determina si el flujo es laminar, de transición o turbulento, lo cual afecta el cálculo del factor de fricción.