mf_flujo en conductos
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Mecánica de FluidosCurso 2008/09
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Flujo en conductos
Flujo en conductos
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Ecuación de Bernoulli para el flujo estacionario de líquidos ideales
• Pero si la sección es constante ( ) y no hay diferencia de cotas ( ) esto implica , en contradicción con lo que se observa experimentalmente
• El flujo no es ideal, sino que los efectos viscosos dan lugar a una pérdida de carga
• ¿Cómo se calcula ?
Flujo en conductos
Flujo en lámina libre vs. flujo a presión
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FLUJO LAMINAR VS. TURBULENTO
Experimento de Reynolds (1883)
Flujo en conductos
Re<2000: laminar
Re>4000: turbulento
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Flujo en conductos
FLUJO DESARROLLADO VS. NO DESARROLLADO
El flujo desarrollado tiene lugar suficientemente lejos de entradas y cambios bruscos en la sección o en el radio de curvatura de la línea media del conducto. En los cálculos supondremos siempre flujo desarrollado.
Longitud de la zona de entrada
Flujo laminar:
Flujo turbulento:
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Flujo en conductos
COMPONENTES TÍPICOS DE UNA INSTALACIÓN HIDRÁULICA
TuberíasDepósitosBombasAccesorios:
Codos y curvasTésVálvulas
PÉRDIDAS DE CARGA
PRIMARIAS
tramos de tubería de sección constante
SECUNDARIAS
accesoriosentradas y salidas a depósitos
TURBINAS
APORTES DE CARGA
BOMBAS
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Pérdidas de carga primarias
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Pérdidas de carga primarias
Fórmula de Darcy-Weissbach
Factor de fricción
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Fórmulas empíricas para f
Expresiones para el factor de fricción
Flujo laminar:
Flujo turbulento
Límite de conducto liso
Fórmula de Blasius:
Fórmula de Prandtl:
Límite de conducto rugoso
Fórmula de Nikuradse:
Fórmula de Colebrook:
Fórmula de Swamee-Jain:
Iterar comenzando con…
Diagrama de Moody
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Diagrama de Moody
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Pérdidas de carga secundarias
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La pérdida de carga a través de un elemento singular se caracteriza con análisis dimensional:
donde se ha tenido en cuenta que, en general, las velocidades antes y después de la singularidad pueden ser distintas si hay un cambio de sección. El coeficiente K es el coeficiente de pérdidas de la singularidad, y se define normalmente de modo que la velocidad vi es la mayor de las dos.
Normalmente en las instalaciones Re>>1 y K depende sólo de la geometría
Pérdidas de carga totales de 1 a 2 (primarias + secundarias):
Por ejemplo, en un tramo de tubería de sección constante con tres accesorios:
Pérdidas de carga secundarias
1 2
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Pérdidas secundarias: ejemplos
PÉRDIDA DE CARGA EN LA ENTRADA HACIA UN CONDUCTO
Entrada simple con arista viva
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Pérdidas secundarias: ejemplos
Entrada redondeada o con chaflán
PÉRDIDA DE CARGA EN LA ENTRADA HACIA UN CONDUCTO
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Pérdidas secundarias: ejemplos
PÉRDIDA DE CARGA EN LA SALIDA DE UN CONDUCTO HACIA UN DEPÓSITO
Ecuación de la energía
La presión no se recupera
Luego se disipa toda la energía cinética
La velocidad en el depósito es despreciable
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Pérdidas secundarias: ejemplos
PÉRDIDA DE CARGA EN CAMBIOS BRUSCOS DE SECCIÓN
Expansion súbita
Contracción súbita
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Pérdidas secundarias: ejemplos
PÉRDIDA DE CARGA EN DIFUSORES (EXPANSIÓN GRADUAL DE SECCIÓN)
Ecuación de la energía
Ecuación de la continuidad
Coeficiente de pérdidas
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Pérdidas secundarias: ejemplos
PÉRDIDA DE CARGA EN CODOS Y CURVAS
En función de la rugosidad relativa y la curvatura adimensional (pérdidas primarias no incluidas)
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Pérdidas secundarias: ejemplos
PÉRDIDA DE CARGA EN CODOS Y CURVAS
En función de la curvatura y el ángulo del codo (pérdidas primarias incluidas, pared lisa, Re = 2x105)
Expresión aproximada en función de Re y R/d
donde se incluyen las pérdidas primarias y secundarias(éstas últimas incluyen separación de la corriente y flujos secundarios)
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Pérdidas secundarias: ejemplos
PÉRDIDAS DE CARGA EN VÁLVULAS
El alto valor de K en válvulas semicerradas se debe a la intensa disipación de energía cinética del chorro de alta velocidad que aparece aguas abajo de la obstrucción
TIPOS DE VÁLVULAS
De compuerta
De globo
De ángulo
Antirretorno
De disco
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Pérdidas secundarias: ejemplos
COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE CARGA EN VÁLVULAS PARCIALMENTE ABIERTAS
De compuerta
De disco
De globo
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Pérdidas secundarias: ejemplos
VALORES DEL COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE CARGA EN ACCESORIOS SEGÚN SU DIÁMETRO
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Pérdidas secundarias: ejemplos
VALORES TÍPICOS DEL COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE CARGA EN ALGUNOS ACCESORIOS
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Potencia suministrada por una bomba
POTENCIA COMUNICADA POR UNA BOMBA AL LÍQUIDO
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CÁLCULO DE UNA INSTALACIÓN CON BOMBA + PÉRDIDAS DE CARGA
z
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