Clase 03_tuberías Fic Uni Cabrera

MECÁNICA DE FLUIDOS II

FLUJO EN TUBERÍAS

HH – 224 G

ING. JUAN CABRERA

1. TUBERÍAS

 En una tubería el liquido esta confinado, hay presión ejercida por el fluido

sobre todo el contorno  En tuberías la presión ejercida por el fluido en cada punto está

representada gráficamente por la altura que el alcanza el líquido en un pequeño tubo (piezómetro) conectado a la tubería. La altura que alcanza el fluido respecto a un plano de referencia se llama “cota piezométrica” o “altura piezométrica”.  La forma más común de las tuberías es la circular,

sin embargo existen también secciones cuadradas, rectangulares, etc

2. TIPOS DE FLUJO (1)

1. Flujo permanente e impermanente; es permanente si las características del flujo se mantienen constantes en una sección a lo largo de un cierto período de tiempo.

2. TIPOS DE FLUJO

2. Flujo uniforme y variado; es uniforme si el área, la velocidad y el caudal son constantes en todas las secciones y la línea de energía es paralela a la línea piezométrica.

2. TIPOS DE FLUJO Los flujos pueden presentar una combinación de estas características:

2. TIPOS DE FLUJO

3. Flujo laminar y turbulento; es laminar si las líneas de corriente fluyen siempre paralelas entre si. Se presenta para Re<2300. El flujo es turbulento si las líneas de corriente no siguen una trayectoria paralela. Se presenta para Re>5000

Esta última clasificación nos será útil para estimar el comportamiento de las tuberías y las pérdidas de carga.

3. ECUACIONES FUNDAMENTALES EN TUBERÍAS

3. ECUACIONES FUNDAMENTALES EN TUBERÍAS

De acuerdo a la ecuación de energía, podemos afirmar que la pérdida de carga para un flujo permanente (sección y velocidad constante) será:

hf 

p1  p2



 z1  z2

Asimismo, si tenemos en cuenta que en una tubería solamente actúan la gravedad, la presión y la fricción con las paredes (esfuerzo de corte), la ecuación de momentum para un flujo permanente será:

 F  0  ( p  p ) A  W  l

1

2

l

o

LP

3. ECUACIONES FUNDAMENTALES EN TUBERÍAS

Reemplazando el peso:

F

l

 0  ( p1  p 2 ) A  AL sin q   o LP

Ya que L sin q = z1 – z2, entonces se puede hallar una nueva expresión para la pérdida de carga:

p1  p2



 o LP  z1  z2  A

A partir de esta expresión y utilizando la definición de “longitud de mezcla” de Prandlt, se obtendrá más adelante otras ecuaciones importantes.

4. DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES Y ESFUERZO DE CORTE EN TUBERÍAS (1) Dependen mucho de las características del flujo (laminar o turbulento), del funcionamiento hidráulico de la tubería (liso o rugoso), y de la misma geometría en planta.

4. DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES Y ESFUERZO DE CORTE EN TUBERÍAS (2) La distribución de velocidades en una tubería tiende a asemejarse a un flujo ideal a medida que las velocidades se incrementan:

LAMINAR

TURBULENTO

IDEAL

EJERCICIO 1

EJERCICIO 2

5. CONVERSIONES