Mecánica de Fluidos
Reynolds, factor de
fricción
Hidrodinámica
Pérdidas de carga
Profesor: Mg. Ing.Elizabeth Fernández G.
efg
1
Flujo de Fluidos en Cañerías
 Es importante recordar que el flujo de fluidos
en cañerías, involucra:


Fluidos incompresibles.
Fluido compresibles.
 El Régimen de flujo puede ser:



Flujo laminar
Flujo de transición
Flujo turbulento
efg
2
¿En qué me debo fijar?





Tipo de fluido.
Longitud de la red de flujo.
Material y tipo de tubería .
La caída de presión permitida/disponible.
Bombas, accesorios, válvulas, boquillas y
otros.
 Temperatura, presión y el ruido.
efg
3
Energía y Potencia de Bombeo
 Las bombas, compresores, sopladores y
ventiladores son elementos para hacer que
los fluidos circulen por lo tubos.
 El trabajo mecánico necesario se encuentra
efectuando un balance de energía mecánica
alrededor del aparato.
efg
4
Energía y Potencia de Bombeo
 Alrededor
de un aparato, se puede
considerar que las diferencias de energía
potencial y cinética, son nulas y puede
considerarse las pérdidas de fricción
despreciable, con ello, el balance de energía
mecánica se reduce a:
efg
5
Número de Reynolds
 Número
adimensional que relaciona las
fuerzas inerciales con las fuerzas viscosas
para unas condiciones dadas de flujo.
Re 
 

Viscocidad

Re 
cinemática
Re < 2100
 2100 ≤ Re < 4000
 Re ≥ 4000

efg
 V  D

V D

Flujo Laminar.
Flujo de Transición
Flujo Turbulento
6
Ecuación de Bernoulli
V1
2
2g
 Z1 
P1

2
 h A  h R  hT 
V2
2g
 Z2 
P2

 hA: Energía añadida al fluido por una bomba u otro dispositivo
 hR: Energía consumida del fluido mediante un dispositivo mecánico,
por ejemplo una turbina
 hT: Pérdidas de energía por parte del fluido por efectos de fricción
(rugosidad en las cañerías) o por presencia de válvulas, conectores,
etc. (accesorios en general).
h T   pérdidas
efg
por fricción en tuberías
  pérdidas
en accesorios
7
Pérdidas por fricción en tuberías
 Fuerzas que actúan:

Peso de la masa
Peso  m  g

Fuerza de presión
Fuerza

presión  P  S
Fuerza de rozamiento
F    Superficie
hC  f 
L
D

V
con la que roza
2
2g
efg
Ecuación
general
Darcy-Weisbach
de
8
Pérdidas por fricción en tuberías
 La
pérdida de carga continua es
directamente proporcional a la velocidad del
líquido y a la longitud del tramo de tubería
que estamos considerando, e inversamente
proporcional a su diámetro.
 El factor de fricción (f) es adimensional y es
función del número de Reynolds y de la
rugosidad relativa de la tubería, parámetro
que da idea de la magnitud de las asperezas
de su superficie interior:
f  f  Re,  
efg
9
Pérdidas por fricción en tuberías
 Las pérdidas de carga pueden calcularse
mediante dos grupos de formulas:

Logarítmicas:
turbulento


aplicación
en
régimen
Se calcula el factor de fricción para su
introducción en la ecuación general de DarcyWeisbach
Empíricas:
han
sido
deducidas
experimentalmente
para
los
distintos
materiales y responden a la forma
efg
10
Rugosidad absoluta y relativa
 En el interior de los tubos comerciales existen
protuberancias o irregularidades cuyo valor medio se
conoce como rugosidad absoluta (K), y que puede
definirse como la variación media del radio interno de
la tubería.
 Un mismo valor de rugosidad absoluta puede ser
muy importante en tubos de pequeño diámetro y ser
insignificante en un tubo de gran diámetro, es decir,
la influencia de la rugosidad absoluta depende del
tamaño del tubo.
 Por lo tanto, para caracterizar un tubo por su
rugosidad resulta más adecuado utilizar la rugosidad
relativa ( ), que se define como el cociente entre la
rugosidad absoluta y el diámetro de la tubería.
 
K
efg
D
11
efg
12
Factor de fricción-Régimen Laminar
 Régimen laminar:
f  f  Re

64
f 
Re
 Hagen-Poseuille para régimen laminar
efg
13
Factor de fricción-Régimen turbulento
 Va a depender de la subcapa laminar o capa
viscosa, debido a esta el régimen turbulento
se puede subdividir en tres zonas:



Seno del fluido-Zona prácticamente sin
rozamientos
Próximo a la pared- Zona sometida a
esfuerzos cortantes
Pegado a la pared – Zona de subcapa laminar
efg
14
Factor de fricción-Régimen turbulento
Comportamiento Hidráulico
 Flujo hidráulicamente liso
 Flujo hidráulicamente semirrugoso o zona de
transición
 Flujo hidráulicamente rugoso
efg
15
Factor de fricción-Régimen turbulento
Comportamiento Hidráulico
 Cuantitativamente:
efg
16
Factor de fricción-Régimen turbulento
Comportamiento Hidráulico
 Flujo hidráulicamente liso
 Flujo hidráulicamente semirrugoso o zona de
transición
 Flujo hidráulicamente rugoso
efg
17
Diagrama de Moody
efg
18
Pérdidas Singulares (en accesorios)
 Además de las pérdidas de carga continuas o por
rozamiento, vimos que se produce otro tipo de
pérdidas debido a fenómenos de turbulencia que se
originan al paso de líquidos por puntos singulares de
las tuberías, como cambios de dirección, codos,
juntas, derivaciones, etc, y que se conocen como
pérdidas de carga accidentales, localizadas o
singulares (hs), que sumadas a las pérdidas de carga
continuas (hC) dan las pérdidas de carga totales (hT).
 Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga
localizadas sólo se pueden determinar de forma
experimental.
efg
19
Pérdidas Singulares (en accesorios)
 Estas
pérdidas pueden expresarse en
función de la altura cinética corregida
mediante un coeficiente empírico Ks.
hS  K S 
V
2
2g
 El coeficiente KS es adimensional y depende
del tipo de singularidad y de la velocidad
media en el interior de la tubería.
efg
20
Pérdidas Singulares (en accesorios)
efg
21
Pérdidas Singulares (en accesorios)
efg
22
Pérdidas Singulares (en accesorios)
 Expansión
efg
23
Pérdidas Singulares (en accesorios)
 Contracción
efg
24
Pérdidas Singulares (en accesorios)
 Longitud equivalente: Un método no completamente
exacto pero válido a efectos de estimar las pérdidas
de carga singulares consiste en expresarlas en forma
de longitud equivalente (Le), es decir, valorar
cuántos metros de tubería recta del mismo diámetro
producen una pérdida de carga continua que
equivale a la pérdida que se produce en el punto
singular.
 La longitud equivalente de una singularidad puede
determinarse igualando las fórmulas para el cálculo
de hs y hc:
Le 
KS D
f
efg
25
Pérdidas Singulares (en accesorios)
 Consideraciones practicas



Dado que por lo general las pérdidas singulares son
menores a las continuas, en ocasiones, puede
tomarse una longitud total de tubería incrementada en
un 5 – 20 %, dependiendo de la longitud y el mayor o
menor número de puntos singulares.
Para válvulas, puede tomarse como equivalente la
pérdida de carga por rozamiento en una tubería recta
de 10 m de longitud y de igual diámetro que el
accesorio.
Las pérdidas localizadas en general pueden
despreciarse cuando, por término medio, haya una
distancia de 1000 diámetros entre dos puntos
singulares.
efg
26
hC
efg
27
Descargar

Diapositiva 1