complemento ecuaciones de flujo

EIQ_303 Andrea Fredes

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Complemento Ecuaciones de Flujo


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flujo turbulento: Las partículas tienen movimientos irregulares (longitudinal y transversal) entremezclándose unas con otras de forma intensa

FLUIDOSUSTANCIA QUE SE DEFORMA CONTINUAMENTE CUANDO SE LE APLICA UNA TENSIÓN CORTANTE

TIPOS DE FLUJO

flujo laminar:Las partículas se mantienen en forma paralela y uniforme durante su movimiento. Su movimiento es en capas lisas y planas longitudinales que se deslizan unas sobre las otras.

FLUJO LAMINAR

FLUIDO DESPLAZANDOSEORDENADO EN CAPAS

FLUJO TURBULENTO

PARTICULAS EN DESORDEN


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PERFIL DE VELOCIDADES

Flujo laminar:• presenta una mayor velocidad en el

centro.• debido a la fricción entre capas la

velocidad disminuye hacia las paredes.

• la velocidad en las paredes es cero

Flujo turbulento:• la velocidad es la misma en el sector

central• la velocidad disminuye bruscamente

próximo a las orillas• se forma una delgada capa laminar


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Re =

NÚMERO DE REYNOLDSEs un parámetro adimensional que nos sirve para determinar si el flujo es laminar o turbulento

V: VELOCIDAD MEDIA DEL FLUIDO (m/s)D: DIÁMETRO DEL TUBO (m)VISCOSIDAD CINEMÁTICA (m2/s) : ע

SI: Re < 2100 FLUJO LAMINAR 2100 < Re < 10000 FLUJO EN TRANSICIÓN Re > 10000 FLUJO TURBULENTO

Para tener flujo laminar:• El diámetro debe ser pequeño• La velocidad fluido baja• La viscosidad del líquido alta

V Dע


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Bombeo es la operación de elevar agua desde un nivel inferior a otro superior (aumentar la presión)

Una bomba se evalúa por la altura a la que es capaz de elevar agua

Si se mide la presión a la entrada y salida de un componente, la presión a la salida será menor. Esta caída de presión se expresa en metros de la columna de agua


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Alimentación por gravedad:Un silo situado por encima de la línea de proceso. A través de un depósito regulador en el cual se mantiene un nivel constante , el producto baja hasta la línea de proceso donde es tratado. La presión es la suficiente para que el producto pase por la línea.

En plantas de proceso modernas en donde se tratan grandes caudales de producto es difícil utilizar la alimentación por gravedad y en este caso se requerirán bombas que sean capaces de generar presiones sobre los 30 [m] de la columna de agua.


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RESISTENCIA AL FLUJO:Cada componente de una línea ofrece resistencia al flujo de líquido.

• En tuberías rectas la resistencia se debe a la fricción entre el líquido y las paredes internas

• En las esquinas (codos) hay una fricción adicional por el cambio de dirección del líquido

• En los accesorios (válvulas y otros) por los cambios de sección

RESISTENCIA EN TUBERIAS RECTAS

hf = ƒ LD

V2

2gc


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PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

EN TODO SISTEMA HIDROSTÁTICO SE TIENE QUE

Pρ + V2

2 gc+ z = Cte

PRINCIPIO DE BERNOULLI

ENERGÍA POTENCIAL O DE POSICIÓN

ENERGIA CINÉTICA O DE VELOCIDAD

ENERGÍA DE PRESIÓN

z : Altura respecto a un nivel de referencia

NO CAMBIA DE VALOR


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LUEGO DESGLOSANDO BERNOULLI SE PUEDE AFIRMAR QUE:

P1ρ + V12

2 gc+ z1 =

P2ρ + V22

2 gc+ z2

SI EL SISTEMA INCLUYE UNA BOMBA QUE PROPORCIONA UN TRABAJO W

W = P2ρ + V22

2 gc+ z2 -

P1ρ + V12

2 gc+ z1

Si no hay disipación, la energía entre dos estados cualquiera de un fluido en un circuito es la misma


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ƒ = 0,316Re1/4

PARA FLUJO LAMINAR

ƒ = 64Re Re = V D

ע < 2000

FLUJO TURBULENTO

TUBERÍA LISARe < 100.000

TUBERIA RUGOSACON LA RUGOSIDAD RELATIVA = ε

DRe = V D

Y REYNOLDSע

DIAGRAMADEMOODY

ƒ


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Ejemplo:Determinar la pérdida de energía en el flujo de 8.000 litros por minuto de un aceite de viscosidad cinemática 0,00001 m2/s a través de una tubería de fundición de 300 [m] de longitud y de diámetro 200 [mm].

V = QA =3,14 * 0,22

4 * 608 = 4,24 m/s

Re = V Dע =4,24 * 0,2

0,00001= 84.800

Datos:Q = 8000 l/min

0,00001 = ע m2/sL = 300 mD = 200 mm

εD

= 0,025920

= 0,0013TUBERÍAFUNDICIÓN ε = 0,0259 cm

GRAFICOMOODY ƒ = 0,024 hf = ƒ L

DV2

2 ghf = 0,024300

0,24,242

2 * 9,81= 32.99[ N-m/kg]


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Algunas características de las Válvulas más comunes


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El diseño básico de una válvula dictará si su uso es para detener o controlar un flujo.

En la medida que su caída de presión aumenta, aumentará las características de controlador de flujo de una válvula.

Los dos tipos más comunes, son la de compuerta y las de globo.

En general están compuestas de ◦ Cuerpo ◦ Vástago (se mueve para aumentar o disminuir el área

de flujo)◦ Bonete (mantiene la posición del vástago y va unida al

cuerpo comúnmente a través de una unión roscada)


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Diseño simple Posee disco que se desliza en ángulo recto

al flujo. Se usa principalmente para función On-Off Es de baja caída de presión. Existen diferentes tipos

◦ Espejo◦ Compuerta inclinada◦ Doble compuerta (aliviar sobreesfuerzos)

Válvula de compuerta


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Por diseño es más apropiada para controlar flujo

Fluido pasa a través de abertura (asiento) Área se controla por disco colocado algo

paralelo a dirección de flujo Caída de presión > que la de compuerta Diferentes tipos

◦ Válvula en Y◦ Válvula de aguja (gases)

Válvula de Globo


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Se usan para fluidos viscosos (barros, líquidos corrosivos)

Están limitadas a presiones menores de 50 [psi] (debido a material flexible)

Válvula de Diafragma


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Son de gran utilidad por su maniobrabilidad

Existen de ¼, ½, ¾, y de una vuelta. Se cierran o abren fácilmente

Válvulas de Cono


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Consisten en una esfera (parte móvil) En la esfera existe abertura por donde pasa

fluido cuando está alineada con línea El nivel de temperatura, está limitado por el

sello plástico No es necesario alineamiento estricto.

Válvulas de Bola


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Son para uso On-Off Su gran ventaja es que ocupan poco

espacio

Válvulas de Mariposa


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Permiten el flujo en un solo sentido De gran utilidad a la salida de bombas,

cuando estas bombean a estanques en altura

Impiden que el líquido se devuelva, cuando la bomba está detenida

Válvula Check

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