Estrechamiento Gradual

Estrechamiento Gradual        

Para reducir las pérdidas dentro de tuberías se deben evitar cambios abruptos de la sección transversal de las mismas. Esto se puede conseguir cambiando de un diámetro a otro por medio de una transición curva suave o empleado un tronco de cono.  Cuando se elige una transición curva suave, es posible lograr un coeficiente de perdida  tan pequeño como 0.05. Si se elige un reductor cónico, se obtiene  mínimo alrededor de 0.10, con un ángulo de cono total de 20-40o (Los ángulos de cono totales menores o mayores producen un valor de  más alto).        [pic 1][pic 2][pic 3]

PÉRDIDA DEBIDA A UN ESTRECHAMINETO         

Ensanchamiento Abrupto        

Cuando nos encontramos con un ensanchamiento abrupto se producen diversas condiciones tales como el aumento de presión debido a la reducción de velocidad, pero este aumento no es tan grande como sería si no fuese por la pérdida de energía. En la figura 8.16 podemos apreciar que existe un estado de excesiva turbulencia desde C hasta F, más allá del cual es el flujo normal. La caída de presión justo después de la sección C se debe al hecho de que las presiones en la pared de la tubería son este caso menor que las presiones en el centro de la tubería debido a los efectos centrífugos.  

Comparando las imágenes 8.15 y 8.16 podemos comprobar que la pérdida por ensanchamiento abrupto es mayor que la pérdida por estrechamiento equivalente. Esto se debe a la inestabilidad inherente del flujo de un estrechamiento donde las trayectorias divergentes del flujo tienden a originar la formación de remolinos dentro del flujo. Además, la separación del flujo de la pared del conducto origina zonas de movimiento turbulento fuera de la zona del flujo.         
En el flujo convergente se produce un efecto amortiguador sobre la formación de remolinos, y la conversión de energía de presión en energía cinética es bastante eficiente.         

Una expresión para la perdida de carga en un ensanchamiento abrupto se puede deducir de la siguiente manera (Suponga que la presión en la sección 2 para el caso ideal sin fricción es Po). Entonces en el caso ideal         

[pic 4]

[pic 5]

Figura 8.16
Pérdida debido a un ensanchamiento abrupto.

Si en el caso real la presión en la sección 2 es P2, mientras que la presión sobre el anillo de unión es P` obtenemos
[pic 6]

[pic 7]

La pérdida de la carga viene dada por la diferencia entre las alturas de presión real e ideal por lo tanto a h`ens=(Po-P2) / 
Advirtiendo que  .
[pic 8][pic 9]

[pic 10]

Ensanchamiento Gradual        

Con el fin de minimizar la pérdida que acompaña a una reducción en la velocidad se puede utilizar un difusor del tipo que se muestra en la figura 8.18. Al difusor se le puede dar forma curva o puede ser tronco de cono.

[pic 11]

Figura 8.18
Pérdida debido a un ensanchamiento gradual.

En la Figura 8.18 la pérdida de carga será una función del ángulo de divergencia y también del cociente de las dos áreas, determinándose la longitud del difusor por estas dos variables. En el flujo a través de un difusor se puede asociar la pérdida de carga total con dos factores. El primero es la pérdida por fricción habitual en la tubería, que se puede representar por

[pic 12]

Para valores dados de D1 y D2, cuanto mayor sea el ángulo del cono, más corto será el difusor y menores serán las pérdidas por fricción. La curva denominada F en la Figura 8.19 (a) describe este efecto. Sin embargo, en el flujo a través de un difusor existe una pérdida adicional; se debe a corrientes inducidas que generan una turbulencia adicional a la que se suele encontrar en el flujo. La pérdida debido a esta turbulencia adicional se incrementará con el grado de divergencia, como se indica por la curva denominada T en la Figura 8.19 (a). Si el grado de divergencia es bastante grande. entonces se puede producir una separación del flujo de la pared y la formación de remolinos que generan flujos inversos en la pared.

...