FLUJO DE FLUIDO EN TUBERIAS

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Ing. Alex D. Trujillo Barzola
FLUJO LAMINAR:
Las Partículas fluidas se
mueven según trayectoria
paralelas, formando el
conjunto de ellas capas o
laminas.
FLUJO TURBULENTO:
Las partículas fluidas se
mueven de forma
desordenada en todas las
direcciones. Es imposible
conocer la trayectoria de una
partícula individualmente.
𝑅𝑒 =
𝑉 ∗ 𝐷
ν
=
𝑉 ∗ 𝐷 ∗ ρ
μ
NUMERO DE REYNOLDS:
Es un grupo adimensional, viene dado por el cociente de
las fuerzas de inercia por las fuerzas debidas a la
viscosidad.
𝑅𝑒 < 2000 ==⇒ 𝐹. 𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟
2000<Re<4000 ===> F. Transitorio
Re>4000 ===> F. Turbulento
V= velocidad del fluido (m/s)
D= diámetro de la tubería (m)
ρ= densidad del fluido (kg/m3)
ν = viscosidad cinemática (m2/s)
μ= viscosidad absoluta (N*s/m2)
La pérdida de carga en una tubería es la pérdida de
energía del fluido debido a la fricción de las partículas
del fluido entre sí (viscosidad) y contra las paredes de
la tubería que las contiene (rugosidad). Estas pérdidas
llamadas caídas de presión, también se producen por
estrechamiento o cambio de dirección del fluido al
pasar por un accesorio (válvulas, codos, etc.).
Llamadas pérdidas longitudinales o pérdidas por fricción ,
son ocasionadas por la fricción del fluido sobre las paredes
del ducto y se manifiestan con una caída de presión.
Empíricamente se emplea la Ecuación de Darcy-Weisbach
𝒉𝒔 = 𝑲
𝑽𝟐
𝟐𝒈
K = coeficiente de resistencia
(depende del accesorio)
V= velocidad media en la
tubería (m/s)
También conocidas como pérdidas locales, las cuales son originadas
por una infinidad de accesorios que se ubican dentro de un sistema
de tuberías.
ℎ𝑓 = pérdida de carga (m)
f = coeficiente de rozamiento
L = longitud de la tubería (m)
V = velocidad media (m/s)
D = diámetro de la tubería (m)
g = aceleración de la gravedad (m/s2)
Aplicable a Flujo Laminar ó
Flujo Turbulento: Fórmula
de Darcy-Weisbach
L= longitud de la tubería (m)
μ= viscosidad absoluta (N.s/m2)
V= velocidad del fluido (m/s)
ν= viscosidad cinemática (m2/s)
D= diámetro de la tubería (m)
γ= Peso especifico (N/m3)
g= Aceleración de la gravedad (m/s2)
Aplicable a Flujo Laminar:
Formula de Hagen-Poiseuille
Formula de Hazen Williams:
𝒉 = 𝟏𝟎, 𝟔𝟕𝟒 ∗
𝑸𝟏,𝟖𝟓𝟐
𝑪𝟏,𝟖𝟓𝟐 ∗ 𝑫𝟒,𝟖𝟕𝟏
∗ 𝑳
h: pérdida de carga o de energía (m)
Q: caudal (m3/s)
C: coeficiente de rugosidad
D: diámetro interno de la tubería (m)
L: longitud de la tubería (m)
El método de Hazen-Williams es válido solamente para el agua que
fluye en las temperaturas ordinarias (5ºC - 25ºC). La fórmula es
sencilla y su cálculo es simple debido a que el coeficiente de
rugosidad "C" no es función de la velocidad ni del diámetro de la
tubería. Es útil en el cálculo de pérdidas de carga en tuberías para
redes de distribución de diversos materiales, especialmente de
fundición y acero.
Formula de Manning:
𝒉 = 𝟏𝟎, 𝟑 ∗ 𝒏𝟐
𝑸𝟐
𝑫𝟓,𝟑𝟑
∗ 𝑳
h: pérdida de carga o de energía (m)
Q: caudal (m3/s)
n: coeficiente de rugosidad
D: diámetro interno de la tubería (m)
L: longitud de la tubería (m)
Las ecuaciones de Manning se suelen utilizar en canales. Para el
caso de las tuberías son válidas cuando el canal es circular y está
parcial o totalmente lleno, o cuando el diámetro de la tubería es
muy grande. Uno de los inconvenientes de la fórmula es que sólo
tiene en cuenta un coeficiente de rugosidad (n) obtenido
empíricamente, y no las variaciones de viscosidad con la
temperatura.
El coeficiente de fricción f es función del número de
Reynolds (Re) y del coeficiente de rugosidad o rugosidad
relativa de las paredes de la tubería (𝜀𝑟):