flujo en tuberías – Guía + ejercicios resueltos de mecánica de fluidos
En esta ocasión comparto una excelente guía con ejercicios resueltos sobre el tema de flujo en tuberías, para aquellos que quieran profundizar conocimientos en mecánica de fluidos. Su autor lleva por nombre Juan Manuel Rodríguez Prieto.
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CONTENIDO DE FLUJO EN TUBERÍAS
Flujo en tuberías
La velocidad del fluido en una tubería cambia de cero en la superficie debido a la condición de no-deslizamiento hasta un máximo en el centro de la tubería.
Flujo laminar en tuberías
Consideremos que el flujo esta totalmente desarrollado (La tubería es suficientemente larga de modo que los efectos de entrada son despreciables).
Consideremos flujo laminar estacionario de un fluido incompresible en una tubería horizontal.
El perfil de velocidad en una tubería circular (flujo laminar) esta dado por:
La caída/perdida de presión se puede expresar como:
f representa el factor de fricción de Darcy.
Igualando las dos anteriores ecuaciones se obtiene el factor de fricción para flujo laminar totalmente desarrollado en una tubería circular.
Para flujo laminar, el factor de fricción sólo es función del numero de Reynolds y es independiente de la rugosidad de la superficie de la tubería.
Las perdidas de presión comúnmente se expresan en términos de la altura de fluido equivalente, llamada perdida de carga h.
Si se conoce la perdida de presión, la velocidad promedio del flujo laminar en una tubería horizontal se puede calcular a partir :
Entonces, el flujo volumétrico de un flujo laminar en una tubería horizontal se puede calcular como:
El perfil de velocidad para flujo laminar en tuberías inclinadas se puede escribir como:
Además, la velocidad promedio y el flujo volumétrico para flujo laminar en tuberías inclinadas son:
Flujo turbulento en tuberías
La intensa mezcla del fluido en el flujo turbulento como resultado de las rápidas fluctuaciones mejora la transferencia de la cantidad de movimiento entre las partículas del fluido, lo que aumenta la fuerza de fricción sobre la superficie y por tanto la potencia de bombeo necesaria.
Numero de Reynolds
Reynolds descubrió que el régimen de flujo depende principalmente de la razón de fuerzas inerciales a fuerzas viscosas (Número de Reynolds).
El número de Reynolds en donde el flujo se vuelve turbulento de llama número de Reynolds crítico.
El número de Reynolds crítico es diferente para geometrías y condiciones de flujo distintas.
Para flujo interno en una tubería circular el Re crítico es 2300.
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