¿Qué es el factor de fricción de Fanning?

El factor de fricción de Fanning forma parte del cálculo de la caída de presión en una tubería, debido a la fricción de esta y en función de la rugosidad y el nivel de turbulencia que tenga el fluido que viaja dentro de la tubería.

El factor de fricción de Fanning es utilizado para estimar la caída de presión en el transporte de fluidos por tuberías. Imagen de energycapitalpower

En este artículo definiremos al factor de fricción de Fanning, y cómo se relaciona con el factor de fricción de Darcy.

Tabla de contenidos

Origen del factor de fricción

La fricción juega un papel fundamental en el flujo de un fluido dentro de una tubería o ducto y en los fenómenos de transporte en general. Se trata del rozamiento que existe entre el fluido y las paredes del ducto o tubería por donde viaja el fluido. Para estimar dicho rozamiento es necesario conocer el factor de fricción.

El factor de fricción es utilizado en ingeniería para estimar las pérdidas de carga debidas a la fricción existente dentro de una tubería o ducto. Cuando un fluido viaja a través de una tubería o ducto se genera una fricción entre el fluido y las paredes de la tubería o ducto. Esta fricción se debe al roce entre la superficie y el fluido. El roce provoca una pérdida de carga y esta pérdida de carga se encuentra relacionada con la pérdida de presión dentro de la tubería.

La pérdida de presión de un fluido que fluye a través de una tubería o ducto, se debe a la fricción del fluido y las paredes de la tubería por donde viaja. Comprender esta pérdida de presión es vital en cualquier aplicación de tuberías, siendo fundamental para procesos químicos que utilizan tuberías, como en reactores de flujo tubular, o en el transporte de fluidos.

Existen dos tipos de factor de fricción utilizados en ingeniería: El factor de fricción de Darcy y el factor de fricción de Fanning. Estos factores de fricción se encuentran relacionados entre sí y son números adimensionales. Sin embargo, a pesar de su relación existen diferencias entre ellos, lo cual, es importante conocer para poder decidir qué factor de fricción utilizar en un momento determinado.

¿Cómo estimar el factor de fricción de Fanning?

Diagrama del factor de fricción de Fanning. Imagen de researchgate

El factor de fricción de Fanning puede determinarse midiendo las caídas de presión a través de tuberías, con un diámetro lo suficientemente grande como para ser escalable para operaciones de campo o de planta. Normalmente, estos experimentos se realizan si se necesitan condiciones de flujo laminar. Lo más habitual es que el factor de fricción de Fanning se lea en un gráfico, ya que en condiciones reales el flujo de fluidos experimenta números de Reynolds elevados.

La rugosidad de la superficie del interior de la tubería se determina por medición. El número de Reynolds se calcula a partir del diámetro de la tubería, la viscosidad del fluido y la caída de presión. En los manuales de ingeniería se pueden encontrar gráficos del factor de fricción de Fanning en función del número de Reynolds para tuberías de diferente rugosidad. Estos libros también tienen tablas de la rugosidad superficial de varios materiales.

Factor de fricción de Fanning vs factor de fricción de Darcy

El factor de fricción de Fanning (f), recibe su nombre de John Thomas Fanning y es igual a un cuarto del factor de fricción de Darcy, es decir, se encuentran relacionados mediante la siguiente ecuación:

Si se conoce el factor de fricción de Darcy, el cálculo del factor de fricción de Fanning es sencillo, como se puede ver en este artículo. Sin embargo, al igual que el cálculo del factor de fricción de Darcy, el factor de fricción de Fanning depende del número de Reynolds, y la rugosidad y el diámetro de la tubería para el escenario de flujo específico.

El factor de fricción de Darcy suele ser utilizado por ingenieros que trabajan con unidades del SI (sistema internacional), mientras que el factor de fricción de Fanning es empleado con frecuencia por ingenieros que utilizan unidades británicas. Por otra parte, el factor de fricción de Darcy es más común entre ingenieros civiles y mecánicos, mientras que el factor de fricción de Fanning es más utilizado por ingenieros químicos.

Aplicación del factor de fricción de Fanning

El factor de fricción de Fanning se utiliza para calcular la pérdida de carga mediante la siguiente ecuación:

Donde:

ΔP: Caída de presión
L: Longitud de la tubería
f: Factor de Fanning
ρ: Densidad del fluido
u: Velocidad del fluido
D: Diámetro de la tubería

Utilizando el cambio de presión, la pérdida de carga debida a la fricción puede calcularse de la siguiente manera:

Donde:

Δh: Pérdida de carga
g: Gravedad
ρ: Densidad del fluido
ΔP: Caída de presión

Cuándo utilizar el factor de fricción de Fanning

Diagrama para estimar el factor de fricción. Imagen de sciencedirect

Saber qué factor de fricción utilizar es importante para calcular correctamente la pérdida de carga. A menudo, los ingenieros utilizan un gráfico o una tabla para evaluar el factor de fricción. Estas herramientas suelen incluir una nota sobre el factor de fricción utilizado para generar el gráfico o la tabla, sin embargo, no siempre se especifica el factor de fricción.

En ese caso, para garantizar la aplicación adecuada del factor de fricción correcto, se han desarrollado algunas directrices generales:

Si el valor del factor de fricción para un número de Reynolds de 1000 (flujo laminar) es 0,064, el gráfico utiliza el factor de fricción de Darcy.
Si el valor es 0,016 con el mismo número de Reynolds, se utiliza el factor de fricción de Fanning.

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