Estimación Experimental de la Rugosidad y del Factor de Fricción en una Tubería

Resumen: El presente trabajo tiene dos propósitos. (1) Presentar la evaluación númerica y experimental de algunos métodos propuestos para estimar el factor de fricción en régimen turbulento, entre ellos una solución explícita obtenida mediante la función W_0 de Lambert. (2) Proponer un método para estimar el coeficiente de rugosidad, parámetro requerido para el cálculo del factor de fricción, mediante técnicas de optimización no lineal. La evaluación numérica se ejecutó para un intervalo de operación amplio, pero la evaluación experimental se particularizó a las condiciones específicas de la tubería de laboratorio en donde se realizaron las pruebas. Los cálculos y el análisis de los resultados se ejecutaron en MATLAB.

¿Cómo citar?

I. Santos-Ruiz, J. R. Bermúdez, F. R. López-Estrada, V. Puig & L. Torres. Estimación Experimental de la Rugosidad y del Factor de Fricción en una Tubería. Memorias del Congreso Nacional de Control Automático, pp. 489-494, 2018.

Palabras clave

Tuberías, flujo turbulento, factor de fricción, coeficiente de rugosidad, estimación de parámetros, mínimos cuadrados

• Brkić, D. (2012). Lambert W function in hydraulic problems. Mathematica Balkanica, 26(3), 285–292.
• Chaudhry, M.H. (2014). Applied Hydraulic Transients. Springer-Verlag New York, 3a . edición.
• Clamond, D. (2009). Efficient resolution of the Colebrook equation. Industrial & Engineering Chemistry Research, 48(7), 3665–3671.
• Colebrook, C.F. (1939). Turbulent Flow in Pipes, with particular reference to the Transition Region between the Smooth and Rough Pipe Laws. Journal of the Institution of Civil Engineers, 11(4), 133–156. doi:10.1680/ijoti.1939.13150. URL https://doi.org/10.1680/ijoti.1939.13150.
• Coleman, T.F. y Li, Y. (1996). An interior trust region approach for nonlinear minimization subject to bounds. SIAM Journal on optimization, 6(2), 418–445.
• Corless, R.M., Gonnet, G.H., Hare, D.E., Jeffrey, D.J., y Knuth, D.E. (1996). On the Lambert W function. Advances in Computational mathematics, 5(1), 329– 359.
• Haaland, S.E. (1983). Simple and explicit formulas for the friction factor in turbulent pipe flow. Journal of Fluids Engineering, 105(1), 89–90.
• Jain, P. (2007). Steffensen type methods for solving non-linear equations. Applied Mathematics and computation, 194(2), 527–533.
• Liou, C.P. (1998). Limitations and Proper Use of the Hazen-Williams Equation. Journal of Hydraulic Engineering, 124(9), 951–954. doi:10.1061/(ASCE)0733- 9429(1998)124:9(951).
• Marquardt, D.W. (1963). An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters. Journal of the society for Industrial and Applied Mathematics, 11(2), 431–441.
• Moody, L.F. (1944). Friction factors for pipe flow. Transactions of ASME, 66, 671–684.
• Moré, J.J. (1978). The Levenberg-Marquardt algorithm: implementation and theory. En Numerical analysis, 105–116. Springer.
• Puig, V., Ocampo-Martinez, C., Pérez, R., Cembrano, G., Quevedo, J., y Escobet, T. (2017). Real-time Monitoring and Operational Control of Drinking-Water Systems. Springer.
• Serghides, T.K. (1984). Estimate friction factor accurately. Chemical Engineering, 91(5), 63–64.
• Swamee, P.K. y Jain, A.K. (1976). Explicit equations for pipe-flow problems. Journal of the Hydraulics Division, 102(5), 657–664.
• Torres, L. y Verde, C. (2018). Nonlinear estimation of a power law for the friction in a pipeline. En Second Conference on Modelling, Identification and Control of Nonlinear Systems, MICNON 2018. IFAC.
• Verde, C. y Torres, L. (eds.) (2017). Modeling and Monitoring of Pipelines and Networks: Advanced Tools for Automatic Monitoring and Supervision of Pipelines, volumen 7 de Applied Condition Monitoring. Springer International Publishing.
• White, F.M. (2011). Viscous fluid flow. McGraw-Hill, 3a . edición