Jenny fluido 2

FLUIDOS EN PRESIONES DE TUBERIAS

REALIZADO POR: Jenny Rojas.C.I:21.360.719

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO

AMPLIACIÓN MARACAIBOELECTIVA GESTIÓN TECNOLÓGICA

S.A.I.A.SEDE POSTE NEGRO

INGENIERÍA CIVIL

Maracaibo, 11 de Mayo 2015

FLUJO DE AGUA EN TUBERIAS

Hidráulicamente, se definen muy claramente dos tipos de flujos:

Flujo a cielo abierto o en canales.Flujo a presión o por tuberías.

En este capítulo vamos a estudiar el flujo de agua por tuberías o conductos cerrados, es decir cuando la presión es mayor a la de la atmosférica; esta podría estar dada por un tanque de carga, sistemas de bombeo, etc.

Es la pérdida de energía dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

La pérdida de carga que tiene lugar en una conducción representa la pérdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento

PERDIDAS DE CARGA EN UNA TUBERÍA

PERDIDAS DE CARGA EN UNA TUBERÍA Pérdidas primarias:

Se producen cuando el fluido se ponen contacto con la superficie de la tubería. Esto provoca que se rocen unas capas con otras (flujo laminado) o de partículas de fluidos entre sí (flujo turbulento). Estas pérdidas se realizan solo en tramos de tuberías horizontal y de diámetro constante.

Pérdidas secundarias:

Se producen en transiciones de la tubería (estrechamiento o expansión) y en toda clase de accesorios (válvulas, codos). En el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías son importantes dos factores:

Que la tubería sea lisa o rugosa.Que el fluido sea laminar o turbulento

PERDIDAS EN CONDUCTOS A PRESION

PERDIDAS HIDRAULICAS- Provocadas por el rozamiento de cada una de las láminas del fluido entre si o con las paredes del conducto y por las turbulencias que se forman durante el flujo, son pérdidas directamente proporcionales a la longitud del conducto, conocidas como perdidas reales o pérdidas de longitud.- Pérdidas que se concentran en determinados sitios de conducto y producidas por diferentes obstáculos localizados que provocan perturbaciones durante el movimiento del líquido (su magnitud no depende de la longitud del conducto, sino de la clase de obstáculos en la tubería, se las conoce como pérdidas locales.

PERDIDAS EN CONDUCTOS A PRESION En movimiento turbulento, los dos tipos de

pérdidas son proporcionales al cuadrado de las velocidades medias del flujo del líquido en el conducto.

FIGURA 1DIAGRAMA ENTRE DOS SECCIONES DE TUBERÍA, DONDE SE MUESTRAN TODAS LAS LÍNEAS,

LAS ALTURAS, LOS EJES Y NIVELES DE REFERENCIA

PERDIDAS EN CONDUCTOS A PRESION

En la figura anterior se tiene un tramo de conducto a presión por el cual s mueve un líquido real sin que se presenten pérdidas locales, en consecuencia solo se producen pérdidas de longitud.La diferencia entre la energía total de la corriente en las secciones I y II del conducto, define la magnitud de la correspondiente pérdida.En movimiento uniforme la gradiente hidráulica es igual a la pendiente de la línea de presiones, en consecuencia a más pendiente de la línea de energía, hf (pérdida lineal) tiene una mayor magnitud.La gradiente hidráulica se expresa: J=hf/L, relación entre las pérdidas lineales y la longitud del conducto

PERDIDAS LINEALES-ECUACION DE DARCY-WEISBACH De conformidad con Darcy –Weisbach, la magnitud

de las pérdidas lineales está dada por:

En donde:f coeficiente adimensional de las resistencias linealesL longitud del conductoD diámetro del conductov velocidad media del flujog gravedadEl coeficiente f depende de la viscosidad del líquido, la velocidad media en el conducto, la rugosidad de las paredes y el diámetro del conducto.

PERDIDAS LINEALES-ECUACION DE DARCY-WEISBACH En la práctica este coeficiente depende de dos

variables: el número de Reynolds Re y de la rugosidad relativa e=k/d=rugosidad absoluta/diámetro del conducto.La rugosidad absoluta no es más que la altura media de las salientes en las paredes del conducto expresada en mm por ejemplo.Cuando dos conductos tienen la misma rugosidad absoluta pero distinto diámetro, la influencia de las desigualdades en las paredes es mayor en el conducto más delgado, por cuanto en el más ancho, los filetes centrales del fluido que se desplazan más alejados de las paredes no experimentan el frenado producido por las rugosidades del conducto.

PERDIDAS LINEALES-ECUACION DE DARCY-WEISBACH En consecuencia, disponer de la

rugosidad absoluta k no nos permite una clara orientación de lo que sucede dentro del conducto, por lo que se hace necesario conocer la rugosidad relativa e, para lo cual nos ayudamos de los valores de la rugosidad absoluta que se presenta en el siguiente cuadro:

PERDIDAS LINEALES-ECUACION DE DARCY-WEISBACH RUGOSIDAD ABOLUTA

Clases de tubería k (mm)Tubería de vidrio -0.0015Tubería de acero nueva 0.02-0.15Tubería de acero usada 0.50-0.40Tubería de acero galvanizada 0.07-0.50Tubería de hierro nueva 0.25-0.50Tubería de hierro usada 1.00-1.50Tubería de hierro recubierta de asfalto 0.10-0.125Tubería de cemento crudo 1.00-2.00Tubería de hormigón 0.30-0.80

PERDIDAS LINEALES-ECUACION DE DARCY-WEISBACH (A RETENER)

Únicamente para la zona de movimiento laminar (Re<2320) el valor de f lo calculamos con la fórmula f=64/Re y no podemos leer del gráfico de Coolebrock-White, en consecuencia el coeficiente de resistencia lineal, conocido también como coeficiente de fricción f puede deducirse matemáticamente para el caso de régimen laminar y que aceptado por los investigadores hidráulicos se ha adoptado a la ecuación de Poiseuille en la forma indicada en líneas anteriores..Para régimen turbulento no hay consensos, habiéndose adaptado varias expresiones empíricas, en donde la fórmula se expresa así:f=f(Re, k/D)

PERDIDAS LINEALES-ECUACION DE DARCY-WEISBACH (A RETENER)

Para régimen turbulento y tuberías lisas, pero con Re>100.000 de estudios teóricos y ajustando experimentalmente los coeficientes de Von Karman y Prandtl dedujeron su primera ecuación: 1/√f=2log(Re√f)-0.8Con tuberías rugosas, el coeficiente de resistencia lineal f se calcula haciendo uso de fórmulas empíricas que se basan en las siguientes consideraciones:1.- Para Re<2000 ó Re>2000 en flujo laminar, la rugosidad no influye en la pérdida de cargaf=f(Re) en tuberías lisas y rugosas

PERDIDAS LINEALES-ECUACION DE DARCY-WEISBACH (A RETENER)

2.- Si Re es elevado, f deja de ser función de Re y responde a

f=f(k/D) rugosidad relativa3.- Si Re tiene un valor intermedio

f=f(Re, k/D) Fórmula universal de pérdidas de carga en conductos industriales

1/√f=-2log(251/Re*√f+k/3.71*D)

FORMULA DE MANNINGLa expresión más simple de la fórmula de Manning se refiere al coeficiente de Chézy :

De donde, por substitución en la fórmula de Chézy, , se deduce su forma más habitual:

ó

FORMULA DE MANNING

Siendo: n = coeficiente de rugosidad que se aplica en

la fórmula de Chézy: = radio hidráulico, en m, función del tirante

hidráulico h es un parámetro que depende de la rugosidad

de la pared = velocidad media del agua en m/s, que

es función del tirante hidráulico h = la pendiente de la línea de agua en m/m = área de la sección del fujo de agua = Caudal del agua en m3/s

FORMULA DE HAZEN WILLAMS

L: longitud de la tubería Q: caudal D: diámetrog Cf: factor de conversión

FORMULA DE HAZEN WILLAMSCARACTERÍSTICAS:

Fórmula para calcular las pérdidas de energía por fricción. Fórmula empírica (desarrollada a partir de datos experimentales). Sólo es aplicable bajo condiciones muy especiales del flujo (por

ejemplo, bajo condiciones de flujo turbulento) y únicamente al agua (bajo ciertas condiciones, a las cuales se llevó a cabo el experimento).

Utiliza un factor de capacidad de carga C, el cual equivale a f en la fórmula de Darcy – Weisbach. En la ecuación también hay un factor de conversión Cf, el cual depende del sistema de unidades utilizado.

Las pérdidas por fricción están dadas en función de muchas de las mismas variables que en la fórmula de Darcy – Weisbach: longitud de la tubería, diámetro del tubo, caudal.

La rugosidad interna de la tubería está considerada dentro del coeficiente de capacidad de carga C.

Es una ecuación muy sencilla de manejar, pues depende de parámetros fáciles de calcular. Esto constituye una ventaja de esta ecuación.  

INFLUENCIA DE LA EDAD DE LA TUBERIA SOBRE LAS PERDIDAS DE CARGA

Debido a que las pérdidas de carga en las tuberías, es función de la rugosidad de las mismas, se debe analizar cómo varía ésta característica de la superficie interna del tubo con respecto al tiempo de uso de las mismas.

Algunos materiales, especialmente metálicos son susceptibles de incrustaciones, especialmente de carbonatos de calcio y de magnesio; lo que disminuye su sección interna, y aumenta su rugosidad; y, por ende su capacidad hidráulica.

Otros materiales, como el hormigón y el plástico, atrapan las sustancias orgánicas contenidas en el agua, especialmente las aguas servidas, lo que disminuye su rugosidad.

UTILIZACION DE ABACOS PARA DISTINTOS VALORES DE RUGOSIDAD

Tabla del coeficiente de rugosidad de Manning Material del revestimiento Ven Te Chow I. Carreteras4

Metal liso 0,010 -

Hormigón 0,013 1/60 - 1/75

Revestimiento bituminoso - 1/65 - 1/75

Terreno natural en roca lisa 0,035 1/30 - 1/35

Terreno natural en tierra con poca vegetación 0,027 1/25 - 1/30

Terreno natural en tierra con vegetación abundante 0,080 1/20 - 1/25