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12 A. Bolívar et al / Revista Ingeniería UC , Vol. 23, No. 1, Abril 2016, 8-21
Al plantear las relaciones mencionadas se crea
un sistema de ecuaciones, en el que se puede
observar que el número de ecuaciones disponibles
coincide con el número de incógnitas (caudal
por cada tramo). En redes de flujo complejas,
el número de ecuaciones resultante puede ser
grande, por lo que la solución simultánea amerita
generalmente el uso de un computador.
2.4. Pérdidas por fricción en tuberías.
El modelo básico para el cálculo de pérdida por
fricción en las tuberías es el de Darcy-Weisbach y
se expresa en la ecuación (4).
h = f L V 2
D 2g
(4)
donde:
h: Pérdida de carga [m].
f : Coeficiente de fricción de la tubería, adimensional.
L: Longitud de la tubería [m].
D: Diámetro interno de la tubería [m].
: Altura de velocidad [m].
g: Aceleración de gravedad 9,81m/s 2 .
V 2
2g
2.5. Coeficiente de fricción.
La determinación del coeficiente de fricción
dependerá del régimen de flujo existente. Así, para
el régimen laminar que implica un número de
Reynolds menor o igual a 2000 (Re≤2000), en
tuberías circulares lisas o rugosas y para cualquier
fluido incompresible, se tiene un comportamiento
como el mostrado en la ecuación (5), desarrollado
por Hagen-Poiseuille [9, 10, 11, 12].
f = 64/Re (5)
En el caso de régimen turbulento (Re > 2000),
se emplea la aproximación de Steffenson, expresada
mediante la ecuación (6).
) −2
(B − A)2
f =
(A − (6)
C − 2B + A
Siendo el comportamiento de los parámetros A,
B y C, los que se muestran en las ecuaciones (7),
(8) y (9) respectivamente, estimado el número de
Reynolds según la ecuacion (10).
(
ɛ
−2 log
D3,7 + 12 )
Re
A =
(7)
log(10)
B =
C =
(
ɛ
−2 log
D3,7 + 2,51A )
Re
log(10)
(
ɛ
−2 log
D3,7 + 2,51B )
Re
log(10)
Re = Qρ277777,78
Dυ
(8)
(9)
(10)
donde:
Re: Número de Reynolds, adimensional.
Q: Caudal [m 3 /h].
ρ: Densidad [g/cm 3 ].
υ: Viscosidad cinemática [cP].
D: Diámetro interno de la tubería [mm].
ε: Rugosidad relativa [mm].
Con el valor del factor de fricción ( f ), se
determina el coeficiente de fricción (K f ) de la
tubería como se indica en la ecuación (11).
K f = f L1000
D
donde:
f : Factor de fricción, adimensional.
L: Longitud de la tubería [m].
D: Diámetro interno de la tubería [mm].
2.6. Método Teórico Lineal.
(11)
Este método fue desarrollado por D. J. Woody
y C. O. A. Charles, y se basa en la linealización
de las ecuaciones de energía en cada una de las
tuberías de la red con el fin de resolver simultáneamente
las ecuaciones de la conservación de masa
en los nodos y de energía en los circuitos, para
determinar el caudal en cada tubería, el método
ofrece dos ventajas importantes [7, 13]:
No requiere suponer una distribución inicial
de caudales en cada tramo.
Revista Ingeniería UC, ISSN: 1316–6832, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo.