Unidad 1. Conceptos Hidrulicos y Neumticos . Circ. Hidr. Y Neum.
Jaime ElizaldeEnero- Junio de 2012Pgina 1 1.3. Conceptos de Fluidos
de Potencia Flujo Viscoso El flujo de un fluido real es ms complejo
que el de un fluido ideal. Debido a la viscosidad de los fluidos
reales, en su movimiento aparecen fuerzas cortantes entre las
partculas fluidas y las paredes del contorno y entre las diferentes
capas del fluido. Las ecuaciones diferenciales en derivadas
parciales que resolveran de forma exitosa el problema del flujo
(ecuaciones de
Euler)noadmite,porlocomn,unasolucin.Losproblemasdelosflujosrealesse
resuelven aprovechando datos experimentales y utilizando mtodos
semi-empricos.
Existendostiposdeflujospermanentesenelcasodefluidosreales,queesnecesario
entender.Estossellamanflujolaminaryflujoturbulento.Ambostiposdeflujosvienen
gobernados por leyes distintas. Flujo Laminar
Enelflujolaminarlaspartculasfluidassemuevensegntrayectoriasparalelas,formando
juntodeellascapasolminas.Losmdulosdelasvelocidadesdecapasadyacentesno
tienen el suficiente valor. El flujo laminar est gobernado por la
ley que relaciona la tensin cortante con la velocidad de la
deformacin angular, es decir, la tensin cortante es igual al
producto de la viscosidad del fluido por el gradiente de las
velocidades o bien: = pJ:Jy. La viscosidad del fluido es la
magnitud fsica predominante y su accin amortigua cualquier
tendencia a la turbulencia. Velocidad Crtica La velocidad crtica de
inters prctico para el ingeniero es aquella velocidad por debajo de
todaturbulenciaesamortiguadaporlaaccindelaviscosidaddelfluido.Laexperiencia
demuestraqueunlmitesuperiorparaelrgimenlaminar,entuberas,vienefijadoporun
valor del nmero de Reynolds alrededor de 2000, en la mayora de los
casos prcticos. Nmero de Reynolds
ElnmerodeReynolds,queesungrupoadimensional,vienedadoporelcocientedelas
fuerzas de inercia debidas a la viscosidad. Para tuberas
circulares, en el flujo a tubera llena, Unidad 1. Conceptos
Hidrulicos y Neumticos . Circ. Hidr. Y Neum. Jaime ElizaldeEnero-
Junio de 2012Pgina 2 Nmcro Jc RcynolJs RL=IJpp o IJ:=I(2ro): Donde
V=velocidad media en m/seg d= dimetro de la tubera en m,ro= radio
de la tubera en m v= viscosidad cinemtica del fluido en m2/seg =
densidad del fluido en UTM/m3 o kg seg2/m4 = viscosidad absoluta en
kg seg/m2 Flujo Turbulento
Considreseunalargaseccindetuberainicialmentellenadeunfluidoenreposo.A
medidaqueunavlvulaseabreparacomenzarelflujo,lavelocidaddelflujoyportantoel
nmerodeReynoldsseincrementandesdecero(sinflujo)hastasusvaloresmximosde
flujo de estado estable.
Supngasequeesteprocesotransitorioessuficientementelentodemodoqueson
insignificantes los efectos de inestabilidad. Durante un perodo
inicial el numero de Reynolds
essuficientementepequeoparaqueocurraflujolaminar.Enalgninstanteelnmerode
Reynolds llega a 2100 y el flujo comienza su transicin a
condiciones turbulentas. Aparecen
puntosodestellosintermitentesdeturbulencia.AmedidaqueelnmerodeReynolds
aumenta,todoelcampodeflujosevuelveturbulento.Elflujopermaneceturbulentoenla
medida en que el nmero de Reynolds sea aproximadamente mayor que
4000.
Enlaces:1.http://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos_minas/lp4.pdf
2.- http://www.youtube.com/watch?v=SfqOKmwsMH4 Unidad 1. Conceptos
Hidrulicos y Neumticos . Circ. Hidr. Y Neum. Jaime ElizaldeEnero-
Junio de 2012Pgina 3 Rugosidad en Tubos Comerciales La rugosidad
relativa es la relacin del dimetro de la tubera D a la rugosidad
promedio de su pared e (psilon). En la figura 8.5 se ilustra (de
forma exagerada) la rugosidad de la pared de la tubera como la
altura de los picos de las irregularidades de la superficie. La
condicin de la superficie de la tubera depende sobre todo del
material de que est hecho el tubo y el mtodo de fabricacin. Debido
a que la rugosidad es algo irregular, con el fin de obtener su
valor global tomaremos valores promedio. Figura 8.5. Rugosidad
(exagerada) de la pared de un tubo. Como se aprecia en la tabla
8.2, se ha determinado el valor de e de la rugosidad promedio de la
pared de tuberas y tubos existentes
comercialmente.Estossonlosvalorespromedioparatuberasnuevasylimpias.Esdeesperarsecierta
variacin. Una vez que una tubera ha estado en servicio durante algn
tiempo, la rugosidad cambia debido a la corrosin y a la formacin de
depsitos en la pared. Tabla 8.2. Valores de diseo de la rugosidad
de tubos
Eltubodevidriotieneunasuperficieinteriorvirtualmentelisaencuantoalahidrulica,lo
queindicaunvalorpequeoderugosidad.Portanto,surugosidadrelativaD/ e
tiendeal infinito. Las tuberas y tubos de plstico son casi tan
lisos como el vidrio, as que utilizaremos el valor de rugosidadque
se presenta en este texto. Son de esperar algunas variaciones. La
formayeltamaodefinitivosdeltubodecobre,latnyciertosaceros,seobtienenpor
extrusin sobre un molde interno, lo que deja una superficie
bastante lisa. Para la tubera de
aceroestndar(comolasdelascdulas40y80)ytubosdeacerosoldado,seempleael
valor de rugosidad que se menciona para el acero comercial o
soldado. El hierro galvanizado
tieneadheridounrecubrimientometalrgicodezincparaquesearesistentealacorrosin.
Escomnquealtubodehierrodctilselerecubraensuinteriorconuntipodecemento
para protegerlo de la corrosin y para mejorar la rugosidad de la
superficie.Unidad 1. Conceptos Hidrulicos y Neumticos . Circ. Hidr.
Y Neum. Jaime ElizaldeEnero- Junio de 2012Pgina 4
Latuberaelaboradaporciertosfabricantestieneunasuperficieinteriormslisaquese
acerca a la del acero. El tubo de concreto bien fabricado tiene
valores de rugosidad similares a los del hierro dctil recubierto,
como se observa en la tabla. Sin embargo, existe un rango amplio de
valores que debe obtenerse de los fabricantes. El acero remachado
se emplea en ciertos ductos largos e instalaciones existentes.
Diagrama de Moody Uno de los mtodos ms utilizados para evaluar el
factor de friccin emplea el diagrama de Moody que se presenta en la
figura 8.6. El diagrama muestra la grfica del factor de friccin f
versus el nmero de Reynolds NR, con una serie de curvas paramtricas
relacionadas con la rugosidadrelativaD/e
.EstascurvaslasgenerL.F.Moodyapartirdedatos experimentales.
SegraficaenescalaslogartmicastantoafcomoaNR,debidoalrangotanampliode
valoresqueseobtiene.AlaizquierdadelagrficaparanmerosdeReynoldsmenoresa
2000, la lnea recta muestra la relacin f=64/NR para el flujo
laminar. Para 2000
