FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERIAS

Los sistemas de flujo de fluido presentan ganancias de energía por bombas y pérdidas por friccion conforme el fluido pasa por los conductos o tuberías.

Se acostumbra a adoptar la siguiente nomenclatura:

hA = Energía entregada al fluido mediante un dispositivo mecánico externo (ej: bomba)

hR = Energía retirada desde el fluido mediante un dispositivo mecánico externo (ej: turbina, motor de fluido)

hL = Energía perdida por el sistema debido a la fricción en la tubería y en las válvulas y conectores (suma de las pérdidas mayores y menores)

PERDIDAS DE CARGA

A medida que el fluido fluye por un conducto u otro dispositivo, ocurren perdidas de energía debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce, tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo. 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. Que alteran la dirección del fluido o modificar la velocidad lineal de desplazamiento.

TIPOS DE PÉRDIDAS DE CARGAS.

Las pérdidas de carga (o pérdidas de energía) en tuberías son de dos tipos, primarias y secundarias:

Perdidas primarias: se producen cuando el fluido se pone en contacto con la superficie de la tubería. Esto provoca que se rocen unas capas con otras (flujo laminar) o de partículas de fluidos entre si (flujo turbulento). Estas perdidas se realizan solo en tramos de tubería horizontal y de diámetro constante.

Perdidas secundarias: se producen o tienen lugar en las transiciones (estrechamiento o expansiones), en codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tuberías.

La magnitud de las perdidas de energía secundarias producidas por válvulas y accesorios, es directamente proporcional a la carga de velocidad del fluido. En forma matemática se expresa asi: h_l=K (v^2/2g)

K es el coeficiente de resistencia (depende del elemento que produzca la perdida de carga)

V es la velocidad media en la tubería, codos, válvulas, etc.

PERDIDAS DE CARGA EN FLUJO LAMINAR

Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse.En el caso de flujo en una tubería, la distribución de velocidades es curva, siendo cero en el contorno de la tubería y máxima al centro de la tubería.

Debido a que el flujo laminar es tan regular y ordenado, es posible obtener una relación entre la pérdida de energía y los parámetros del sistema de flujo. Dicha relación se conoce como ecuación de Hagen-Poiseuille, quien realizo ensayos sobre flujo laminar hacia 1840, obteniendo una dependencia lineal entre la pérdida de carga y el caudal:

h_(l )= (32 μ L V)/(γ D^2 )

De dicha ecuación se puede observar que la pérdida de la energía en un flujo laminar es independiente de la condición de la superficie del conducto. Las pérdidas por fricción viscosa dentro del fluido determinan la magnitud de la pérdida de energía. La ecuación de Hagen-Poiseville solamente es válida para flujos laminares con número de Reynolds menor de 2000.

Otra forma para calcular las pérdidas por fricción en un flujo laminar es utilizando la ecuación de Darcy la cual se expresa de la siguiente manera:

h_l=f ∙ L/D ∙ v^2/2g

PERDIDAS DE CARGA POR FRICCION

En estructuras largas, la perdida por friccion es muy importante, por lo que es un objeto de constante estudio teorico experimental.

En el proceso de transporte de un fluido por una tubería, existen fuerzas de fricción entre el fluido y la superficie de contacto de la tubería, estas pérdidas por fricción en tuberías son muy sensibles a los cambios de diámetro y rugosidad de las paredes.

En la realidad estas pérdidas se dan en las tuberías por dos factores principales, la superficie de contacto o pérdidas por fricciones debido a la rugosidad y las perdidas proporcionadas por la naturaleza del fluido. El primero de ellos es la rugosidad de la tubería la cual puede incrementarse con el uso, debido a la corrosión o incrustación, en una proporción determinada por el material de la tubería y la naturaleza del fluido que por allí circula. Y el segundo debido al régimen de flujo, ya que un fluido laminar es más ordenado molecularmente y su desplazamiento no causa mucha fricción entre sus moléculas, contrario al régimen turbulento donde las moléculas debido a su desplazamiento desordenado cusan más fricción molecular. Ambos factores tanto contacto superficial como tipo de fluido se ven influenciados por la velocidad, a medida que esta aumenta tenemos una mayor interacción y como resultado las pérdidas por fricción aumentan.

Pérdidas de Cargas por Fricción en el Flujo Turbulento

Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente.

Para el flujo turbulento de fluidos en conductos circulares resulta mas conveniente ultizar la ecuación de Darcy para calcular la pérdida de energía debido a la fricción. No podemos determinar el factor de fricción mediante un

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