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flujo en tuberias hidraulicas
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Tabla de contenido
Tema: Capa limite- comportamiento de flujo en tuberías.............................................2
Introducción................................................................................................................ 2
Antecedentes...............................................................................................................2
Objetivo general......................................................................................................2
Régimen turbulento:.......................................................................................................4
Flujo hidráulicamente liso...........................................................................................4
Flujo hidráulicamente rugoso.....................................................................................5
Conclusión................................................................................................................6
Bibliografía......................................................................................................................7
Tema: Capa limite- comportamiento de flujo en tuberías
Introducción
A lo largo del tiempo desde su existencia por lo que ha buscado diferentes maneras
para facilitar o mejorar alguna actividad mediante un equipo o maquinaria, por lo cual
el hombre se ha propuesto a aprovechar todo tipo de fenómenos naturales tales como
el efecto de la capa limite que se produce por las fuerzas del aire y el agua.
Debido a ello el hombre está en una búsqueda continua de formas de
aprovechamiento de estas fenómenos que son manejables para el hombre que
mediante mejoramientos en los diseños de equipos que tanto aéreos como marítimos,
diseño de estructuras hidráulicas en el cual este fenómeno de la capa limite tiene
mucho que verlo cual lo beneficiara económicamente.
Antecedentes
El estudio de este fenómeno de la capa limite que se produce por las fuerzas de
arrastre del aire, agua han sido hasta nuestros uno de los descubrimientos más
notables en lo que se tiene que ver en la ingeniería naval, hidráulica, aerodinámica
entre otras, por el simple hecho de que gracias a este descubrimiento se ha podido
mejorar los diferentes medios de transporte aceros, marítimos lo cual es un gran
avance de la humanidad que se dio gracias a este descubrimiento.
Objetivo general
Analizar el efecto del aire y el agua que produce el fenómeno de la capa limite.
Marco teóricoEsta teoría fue impuesta por un investigador alemán Ludwig Prandtl quien descubrió
la teoría de la capa limite, la cual en un futuro hasta nuestros días es uno de los
descubrimientos más importantes de la humanidad para su desarrollo tecnológico que
continuamente traería en si un desarrollo económico, gracias a este importante
descubrimiento. Una de las implementaciones de esta teoría fue en la industria
aeronáutica, automotriz, ingeniería naval, hidráulica etc.
El agua y el aire son fluidos con poca viscosidad, debido a esto Prandtl dice que si un
cuerpo se mueve en el vacío o en el núcleo de un fluido no viscoso, entonces U=0,
debido a este suceso no habrá fuerzas resistentes que obstaculicen el paso del fluido
(Resistencia=0), entonces por consiguiente tampoco hay consumo de energía.
Por lo contrario esta esta teoría se contradice por el hecho de que si se realiza los
experimentos con un avión o un submarino las fuerzas resistentes que interactúan con
el agua y el aire serán muy considerables.
Por lo tanto la teoría de Prandtl asimila que los fluidos con poca viscosidad son fluidos
perfectos excepto en las paredes de los conductos de los conductos de fluidos en las
cuales hay concentración de fuerzas de fricción o rozamiento, turbulencias a las cuales
las denomino capa limite, que es una capa que esta próxima ala contorno, que es muy
delgada, en donde tiene lugar toda la distribución de las velocidades en la tubería,
desde su valor inicial en la parte superior hasta su valor final igual a cero que estará en
la pared en este caso el líquido actúa como no viscoso fuera de la capa limite.
Entonces,τ=µ dv /dy aunque la viscosidad sea mínima (u), el gradiente de velocidades (
dv /dy ) es muy grande debido a esto el esfuerzo cortante también será muy alto en la
pared.
Durante el experimento se comprueba que, el contacto con las paredes de una tubería,
siempre se genera una capa muy delgada en donde la capa limite es laminar, que es
denominada subcapa laminar, esto sucede al comenzar el movimiento del flujo,
debido a ello como la distribución de velocidades que se genera en las paredes es cero,
el número de Reynols también disminuirá hasta llegar a cero, de acuerdo a esto el
flujo al ir separándose de la pared el régimen del flujo es laminar hasta que el Reynols
aumenta y luego posteriormente cambia a régimen turbulento. Para ello es muy
importante tomar en cuenta la subcapa laminar
Grafico 1
En este caso el flujo turbulento junto al contorno solido se puede dividir en tres zonas
que son:
Lejos del contorno, el lujo ideal, está prácticamente sin fuerzas de rozamiento, en las
cercanidades de la pared se producirá la capa limite la cual también estará sometida a
esfuerzos cortantes, donde se producirán los fenómenos que son causados por la
viscosidad que son muy importantes, esta al igual que en el flujo laminar las
velocidades que se produce sobre la pared va a ser cero donde a distancias muy
pequeñas de la pared aparece una subcapa laminar.
Por lo tanto como el flujo puede variar dependiendo de tipo de flujo su espesor
dependerá del número de Reynols los cuales pueden medir algunas micras,
centímetros dependiendo de las circunstancias del flujo.
Régimen turbulento
Flujo hidráulicamente liso La rugosidad (K) está cubierta por la subcapa laminar¿). La rugosidad, por tanto, no
influye en el valor de f debido a que ningún punto de la pared estará afectado por las
turbulencias que producirían las rugosidades internas, dándose el comportamiento de
la tubería como un material liso.
Grafico 2
Grafico 3
Flujo hidráulicamente rugoso.En este caso si el espesor de la subcapa laminar ¿). es menor que la rugosidad
absoluta (K), las irregularidades internas de la conducción rebasan la subcapa
laminar, produciendo turbulencia completa. Cuanto mayor sea el número de
Reynolds, más delgada será la subcapa laminar y más puntos de la pared
sobresaldrán de ella. En este caso, las fuerzas de inercia son muy importantes y
apenas influyen las fuerzas viscosas, por lo que el factor de fricción sólo depende
de la rugosidad relativa y el número de Reynolds no tiene importancia en su
determinación.
Grafico 4
Grafico 5
Conclusión
De acuerdo a la investigación realizada podemos concluir que el efecto que produce el
fenómeno de la capa limite es muy importante para el desarrollo en la ingeniería
hidráulica debido a que de ello depende de la consistencia del material para un
determinado flujo ayudándonos a escoger la tubería adecuada para cada tipo de flujo,
lo cual ahorraría problemas de reparación de tuberías entre otros.
BibliografíaMcGhee, T. J. (1999). abastecimiento de agua y alcantarillado. colombia: Mc GraW Hill.
Saldarriaga, J. (2007). hidráulica de tuberías. Colombia: alfaomegacolobia.S.A.