Evaluación experimental de correlaciones para el cálculo del factor de fricción para flujo turbulento en tuberías cilíndricas

Abstract

Los sistemas hidráulicos encargados de la distribución de agua a los usuarios tienen un rol importante en su calidad de vida. Por ello, la determinación de manera precisa del factor de fricción en tuberías, es de gran importancia en el diseño de redes de distribución de agua debido a que influye directamente en el cálculo de caídas de presión (pérdidas de carga) en los sistemas hidráulicos. El objetivo del presente trabajo fue evaluar en forma experimental diferentes correlaciones que describan, mediante una forma explícita, el factor de fricción en una tubería bajo flujo turbulento y la correlación implícita de Colebrook-White. Esto se realizó mediante la comparación de valores numéricos predichos por las correlaciones respecto al valor experimental, encontrándose que la correlación de Colebrook-White predice el factor de fricción con menor porcentaje de error de las 27 correlaciones estudiadas. Para la solución de la ecuación de Colebrook-White se utilizó el método de Newton-Raphson, dado que ésta presenta una estructura recurrente que puede ser llevada a algoritmos y resuelta rápidamente mediante programas computacionales. En este trabajo se desarrolló una herramienta en lenguaje de programación C++ para resolver la ecuación de Colebrook-White.

The hydraulic systems that distribute water to users have an important role in their quality of life. For this reason, the precise determination of the friction factor in pipes is of great importance in the design of water distribution networks because it directly influences the calculation of pressure drop (head losses) in hydraulic systems. The objective of the present work was to evaluate in an experimental manner different correlations that describe, in an explicit form, the friction factor in a pipe under turbulent flow and the implicit Colebrook-White correlation. This was done by comparing the numerical values predicted by the correlations in regard to the experimental value, finding that the Colebrook-White correlation predicts the friction factor with the lowest error percentage among the 27 correlations studied. For the solution of the Colebrook-White equation the Newton-Raphson method was used, given that it presents a recurrent structure that can be taken to algorithms and quickly solved by computer programs. In this work, a tool was developed in the C ++ programming language to solve the Colebrook-White equation.