La pérdida de carga es la disminución de la presión en el interior de las tuberías causada por el movimiento del fluido, por ello, en la siguiente presentación encontrarás información sobre la incidencia así como determinación de estas pérdidas para un fluido incompresible ideal

1. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN
FLUIDOS INCOMPRESIBLES IDEAL
Santa Ana De Coro; Abril 2022
Facilitador:
Ing. Cazorla A, María de los A.
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
UNIVERSIDAD POLITECNICA TERRITORIAL DE FALCÓN “ALONSO GAMERO”
PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN PROCESOS QUÍMICOS
OPERACIONES UNITARIAS DE TRANSFERENCIA DE MOMENTO Y ENERGÍA
MÓDULO I OPERACIONES DE MECÁNICA DE LOS FLUIDOS PARA EL TRANSPORTE

2. Objetivos del tema
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 2
1.Determinar los parámetros que
afectan la pérdida de carga.
2. Calcular las pérdidas de
energía por: tramos rectos,
accesorios, contracción y
expansión en sistemas de
tuberías para el transporte de un
fluido incompresible ideal
Pérdidas de
energía en
fluidos
incompresibles
Ecuación de
continuidad
Ecuación de
Bernoulli
Ecuación de
Darcy-
Weisbach
Tipos de
pérdidas de
energía

3. Introducción
Al moverse el
fluido por el
interior de la
tubería, existe
una fuerza de
rozamiento que
provoca una
cierta pérdida de
energía.
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 3

4. Ecuación de continuidad
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 4
ds
S
ento
Desplazami
dA
1
dA
2
dA Ley de Conservación de la Masa:
La masa debe ser constante,
“No se pierde ni se destruye”.
Principios:
Fluidos incompresibles.
Permanente.
Uniforme.

 d
dM .
 dt
ds
dA
dt
dM .

  
Kg/s
.
. A
V
m 


Ctte.


Si 

A
dA
V
Q .  
s
m
.
3
A
V
Q 
Balance de materia

5. Teorema de Bernoulli
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 5
La energía total de un fluido es
𝐸 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛
H= 𝑧 +
𝑣2
2𝑔
+
𝑝
𝛾
Ecuación de Bernoulli para un flujo ideal (sin fricción).
• Carga Cinética (relativa a la velocidad del fluido)
• Carga de presión (relativa a los cambios de presión de una
posición a otra
Carga potencial (relativa a la altitud del fluido)

6. Teorema de Bernoulli
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 6
Balance de energía
𝐸. 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 + 𝐸. 𝑎ñ𝑎𝑑𝑖𝑑𝑎 − 𝐸. 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎 − 𝐸 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 = 𝐸 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝑧1 +
𝑣12
2𝑔
+
𝑝1
𝛾
+ H añadida – H extraída – H pérdida= 𝑧2 +
𝑣22
2𝑔
+
𝑝2
𝛾
Bomba Turbina Tubería
La energía total de un fluido es
𝐸 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜
𝑧1 +
𝑣12
2𝑔
+
𝑝1
𝛾
= 𝑧2 +
𝑣22
2𝑔
+
𝑝2
𝛾

7. Tipos de pérdidas
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 7
Pérdidas
debidas a
máquinas
Pérdida
menores
Pérdida
por
fricción

8. Pérdida de energía en fluidos por rozamiento
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 8
Las fuerzas viscosas son importantes en el flujo de un líquido. Estas fuerzas
se deben al movimiento de una capa de líquido sobre otra.
Las pérdidas de energía (de presión) debidas a las fuerzas de fricción varían
con las condiciones existentes en la tubería:
Número de
Reynolds
• velocidad del fluido (mayor velocidad mayor roce)
• propiedades del fluido
• geometría del sistema/conducción
Rugosidad
relativa
• Propiedades del material de construcción

9. Perfiles de velocidad
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 9
Perfil de velocidades de flujo
Re < 2000 Régimen Laminar
2000 < Re < 4000 Régimen Transitorio
Re > 4000 Régimen Turbulento
Flujo Laminar Flujo Turbulento

10. Pérdida de energía por fricción
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 10
hf =pérdida de energía por fricción
f = factor de fricción (depende de: Re y rugosidad relativa)
V= velocidad media del fluido en la tubería
D= diámetro de la tubería
L= longitud de la tubería
Ecuación de Fanning
• 𝐻𝑓 =
∆𝑃
𝜌𝑔
= 4𝒇
𝑣2𝐿
2𝑔𝐷
[𝑚]
Ecuación de
Darcy-Weisbach
• 𝐻𝑓 = 𝒇 ∗
𝐿
𝐷
∗
𝑣2
2𝑔
[𝑚]
cuatro veces el factor de fricción de
Fanning

11. Factor de fricción (Darcy – weisbach)
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 11
a) Flujo laminar (N Re <2000): es un flujo linear, perfil de velocidad
parabólico. f se calcula fácilmente.
N Re =
𝑣𝜌𝐷
𝜇
Para tuberías
cilíndricas
• 𝑓 =
64
𝑁 𝑅𝑒
Para tuberías no
cilíndricas
• 𝑓 =
𝑘
𝑁 𝑅𝑒
K= factor geométrico
cuadrado 56,91
ℎ𝑓 =
64
𝑁𝑅𝑒
∗
𝑙𝑣2
2𝑔𝐷
𝜈 =
𝜇
𝜌
𝛾 = 𝜌𝑔
ℎ𝑓 =
32𝜇𝐿𝑉
𝛾𝐷2
Ecuación de Hagen- Poiseuille
m ∗
𝑚
𝑠
∗ 𝑘𝑔/𝑚3
𝑘𝑔
𝑚
∗ 𝑠

12. Factor de fricción
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 12
b) Flujo turbulento: es un flujo errático, perfil de velocidad plano..
• 𝑓 =
0,316
𝑁𝑅𝑒0,25 Ecuación de Blausius
N Re (3000, 100.000)
•
1
𝑓
= 2 log 𝑁𝑅𝑒 𝑓 − 0,8 Ecuación de Von Karman- Prandtl
N Re ( 100.000, 3.000.000)
Tuberías Lisas
Tuberías rugosas
•
1
𝑓
= 2 log
𝑑
2𝜀
+ 1,74 Ecuación de Nikuradse
N Re ( 100.000, 3.000.000)

13. Factor de fricción
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 13
b) Flujo turbulento
•
1
𝑓
= −2 log
𝜀
3,7 𝐷
+
2,51
𝑁 𝑅𝑒 𝑓
Ecuación de Colebrook- White
Todo tipo de tuberías
Material
𝑹𝒖𝒈𝒐𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅
𝜺 mm
Concreto 0,3-3
Hierro fundido 0,25
Hierro
galvanizado
0,15
Acero comercial 0,046
PVC, PED 0,0025
Fuente: Streete V Mecánica de los fluidos (2000)
Tabla de rugosidades

14. Conceptos básicos de la dinámica de los fluidos 14
Diagrama de Moody
R
u
g
o
s
i
d
a
d
r
e
l
a
t
i
v
a
Número de Reynolds
F
a
c
t
o
r
d
e
f
r
i
c
c
i
ó
n

15. Conceptos básicos de la dinámica de los fluidos 15
Pérdidas de carga menores
entrada o
salida
ensanchamiento o contracción brusca o
graduales
curvas, codos, tees, yees y otros accesorios
válvulas abiertas o parcialmente cerrada
∆ℎ = 𝐾
𝑣2
2𝑔
K: condiciones de flujo, geometría del componente, Re,
proximidad de otros elementos
Pueden calcularse de dos formas:
1.- Utilizando la ecuación de Fanning, introduciendo el concepto de longitud
equivalente (Le)
2.- utilizando el coeficiente de resistencia (K)
∆ℎ = 2𝑓
𝐿𝑒𝑣2
𝐷𝑔
Equivalencia entre los dos métodos 𝑘 = 𝑓
𝑙𝑒
𝐷

16. Longitud equivalente
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 16
Tablas del coeficiente de pérdida en: Redes
Industriales de Tubería, A. Luszczewski, Ed
Reverté
Ej: Codo 180º, Øi = 30 mm

17. Longitud equivalente
Modulo I B Pérdidas de energía en fluidos incomprensibles ideales 17

18. Conceptos básicos de la dinámica de los fluidos 18
Pérdidas de carga menores
Fuente: Zenit J, Apuntes de mecánica de los fluidos (2017)

19. Conceptos básicos de la dinámica de los fluidos 19
Pérdidas de carga debidas a una máquina
Aportan energía
Bombas
• ∆ℎ 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 =
𝑝 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎
𝑔 𝑄
Extraen energía
Turbinas
• ∆ℎ𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 =
𝑝 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎
𝑔 𝑄

20. Conceptos básicos de la dinámica de los fluidos 20
Bibliografía
 Cengel, Yunus y Cimbala John.(2012). Mecánica de Fluidos. Fundamentos
y aplicaciones. Editorial McGraw-Hill. 2da ed.
 Mataix, Claudio (1986). Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas.
Editorial Ediciones Del Castillo S.A. 2da ed.
 Mott, Robert (2006) Mecánica de Fluidos Aplicada. Editorial Prentice-Hall. 6ta
Ed.
 Ranald, Giles. Mecánica de los fluidos e hidráulica. Editorial McGraw-Hill
 Shames, Irving (2003) Mecánica de los Fluidos. Editorial McGraw-Hill 4taEd.
 White, Frank (2004) Mecánica de Fluidos. Editorial McGraw-Hill

21. ¡¡GRACIAS PORSU ATENCIÓN!!