Calculadora de caudal de tuberías
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La pérdida total de energía en un sistema de tuberías es la suma de las pérdidas mayores y menores. Las pérdidas mayores están asociadas a la pérdida de energía por fricción que se produce por los efectos viscosos del fluido y la rugosidad de la pared de la tubería. Las pérdidas mayores crean una caída de presión a lo largo de la tubería, ya que la presión debe trabajar para vencer la resistencia por fricción. La ecuación de Darcy-Weisbach es la fórmula más aceptada para determinar la pérdida de energía en el flujo de las tuberías. En esta ecuación, el factor de fricción (f ), una cantidad adimensional, se utiliza para describir la pérdida por fricción en una tubería. En los flujos laminares, f es sólo una función del número de Reynolds y es independiente de la rugosidad de la superficie de la tubería. En los flujos totalmente turbulentos, f depende tanto del número de Reynolds como de la rugosidad relativa de la pared de la tubería. En los problemas de ingeniería, f se determina utilizando el diagrama de Moody.
En las aplicaciones de ingeniería, es importante aumentar la productividad de las tuberías, es decir, maximizar la capacidad de caudal y minimizar la pérdida de carga por unidad de longitud. Según la ecuación de Darcy-Weisbach, para un caudal determinado, la pérdida de carga disminuye con la quinta potencia inversa del diámetro de la tubería. Si se duplica el diámetro de una tubería, la pérdida de carga disminuye en un factor de 32 (≈ 97% de reducción), mientras que la cantidad de material necesario por unidad de longitud de la tubería y su coste de instalación casi se duplican. Esto significa que el consumo de energía, para superar la resistencia a la fricción en una tubería que transporta un determinado caudal, puede reducirse significativamente con un coste de capital relativamente pequeño.
Calculadora de pérdidas por fricción en tuberías excel
En la columna del mes pasado se analizaron los efectos que el sobredimensionamiento de una bomba tiene sobre el motor que la acciona, los resultados adversos de que una bomba deje de funcionar en su punto de máximo rendimiento (BEP) durante largos periodos de tiempo y las situaciones en las que un margen de diseño podría aumentar el coste de propiedad.
Una tubería es un conducto circular utilizado para transportar el fluido del proceso de un lugar a otro del sistema. Una tubería consta de un tubo circular lleno de fluido, el fluido de proceso y las válvulas y accesorios utilizados para dirigir el flujo de fluido a través de la tubería en la operación. Cada uno de estos elementos afecta a la pérdida de carga en la tubería. La mayoría de los fluidos utilizados en aplicaciones industriales son newtonianos, lo que significa que su viscosidad no cambia con la velocidad del flujo. El agua, los aceites, los disolventes y los productos petrolíferos son ejemplos de fluidos newtonianos. Para simplificar, esta discusión se limitará al flujo de fluidos newtonianos a través de tuberías circulares.
Cuando el fluido fluye dentro de una tubería, se produce una fricción entre el fluido en movimiento y la pared estacionaria de la tubería. Esta fricción convierte parte de la energía hidráulica del fluido en energía térmica. Esta energía térmica no puede volver a convertirse en energía hidráulica, por lo que el fluido experimenta una caída de presión. Esta conversión y pérdida de energía se conoce como pérdida de carga. La pérdida de carga en una tubería con fluidos newtonianos puede determinarse mediante la ecuación de Darcy (ecuación 1).
Calculadora del factor de fricción
La pérdida de carga que se produce en las tuberías depende de la velocidad del flujo, la longitud y el diámetro de la tubería y un factor de fricción basado en la rugosidad de la tubería y el número de Reynolds del flujo. La pérdida de carga que se produce en los componentes de una trayectoria de flujo puede correlacionarse con una longitud de tubería que causaría una pérdida de carga equivalente.
La pérdida de carga es una medida de la reducción de la carga total (suma de la carga de elevación, la carga de velocidad y la carga de presión) del fluido a medida que se mueve a través de un sistema de fluidos. La pérdida de carga es inevitable en los fluidos reales. Está presente debido a: la fricción entre el fluido y las paredes de la tubería; la fricción entre las partículas de fluido adyacentes a medida que se mueven unas con respecto a otras; y la turbulencia causada siempre que el flujo se redirige o se ve afectado de alguna manera por componentes como las entradas y salidas de las tuberías, las bombas, las válvulas, los reductores de flujo y los accesorios.
La pérdida por fricción es la parte de la pérdida de carga total que se produce cuando el fluido circula por tuberías rectas. La pérdida de carga para el flujo de fluidos es directamente proporcional a la longitud de la tubería, al cuadrado de la velocidad del fluido y a un término que tiene en cuenta la fricción del fluido llamado factor de fricción. La pérdida de carga es inversamente proporcional al diámetro de la tubería.
Fórmula de pérdida de carga por fricción
El flujo de fluido a través de una tubería es resistido por las tensiones viscosas de cizallamiento dentro del fluido y la turbulencia que se produce a lo largo de la pared interna de la tubería, que depende de la rugosidad del material de la tubería.
Las válvulas y los accesorios de una tubería también contribuyen a la pérdida de carga total que se produce, pero deben calcularse por separado de la pérdida por fricción de la pared de la tubería, utilizando un método de modelización de las pérdidas de los accesorios de la tubería con factores k.
La fórmula de Darcy o la ecuación de Darcy-Weisbach, como suele denominarse, se acepta ahora como la fórmula más precisa de pérdida por fricción en las tuberías y, aunque es más difícil de calcular y utilizar que otras fórmulas de pérdida por fricción, con la introducción de los ordenadores se ha convertido en la ecuación estándar para los ingenieros hidráulicos.
La tabla de Moody proporcionó por fin un método para hallar un factor de fricción preciso, lo que fomentó el uso de la ecuación de Darcy-Weisbach, que rápidamente se convirtió en el método preferido por los ingenieros hidráulicos.
Sin embargo, los resultados de Hazen-Williams dependen del valor del factor de fricción, C hw, que se utiliza en la fórmula, y el valor de C puede variar significativamente, desde alrededor de 80 hasta 130 y más, dependiendo del material de la tubería, el tamaño de la misma y la velocidad del fluido.
