exposicion fluidos 2

8/19/2019 exposicion FLUIDOS 2

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UNIVERSIDAD DE HUÁNUCOFacultad de Ingeniería Civil

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

“!U"O PER#ANEN$EEN CONDUC$OS APRESI%N&

Mecánica de Fluidos II Ing. Rissel, Machuca Guardia


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'(' IN$RODUCCION)

Un fujo a presión se considera generalente!ue es peranente e independiente del tiepo"es decir, las características hidráulicas #presión,velocidad, etc.$ en cual!uier sección noca%ian con el tiepo.

&a velocidad en un punto en contacto con el

sólido #paredes de la tu%ería$ es cero por lateoría de capa líite. &a velocidad á'ia,independienteente del tipo de fujo,a(orente pueden ser tur%ulento o lainar.


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)l es*uer+o cortante es la *uer+a tangencialdividida entre el área.

&a ecuación de neton nos dice !ue la

constante de proporcionalidad entre a%osserá la viscosidad del fuido.

)l es*uer+o de corte se da por la ecuación de-eton so%re viscosidad.

a%eos !ue el es*uer+o cortante es/ F01

'(* DIS$RI+UCION DE ESUER,OS COR$AN$ES


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!U"O !A#INAR&as partículas fuidas se ueven a lo largo de tra(ectoriassuaves en láinas, o capas, con una capa desli+ándosesuaveente so%re otra ad(acente. )l fujo lainar no esesta%le en situaciones !ue involucran co%inaciones de %ajaviscosidad, alta velocidad o grandes caudales, ( se rope enfujo tur%ulento.

2ara este tipo de fujo es la viscosidad del fuido la !ue seopone al oviiento al generar es*uer+os cortantes viscososseg3n la le( de -eton.

2ara una longitud & ( unadistancia r iplica !ue/


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'(- DIS$RI+UCI%N DE

VE!OCIDADES EN !U"O !A#INAR1l e*ectuar la edición de velocidades en una tu%ería circulara di*erentes distancias del centro ( a una distancia ra+ona%lede la entrada de la tu%ería, se ha visto !ue tanto el fujolainar coo el tur%ulento el fuido se ueve as rápido en

el centro de la tu%ería !ue en las pro'iidades de las paredesde las isas.


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'(. DIS$RI+UCI%N DE VE!OCIDADES

EN !U"O $UR+U!EN$O!U"O $UR+U!EN$O

)n ecánica de fuidos, se llaa fujo tur%ulento o corriente

tur%ulenta al oviiento de un fuido !ue se da en *ora caótica, en!ue las partículas se ueven desordenadaente ( las tra(ectorias delas partículas se encuentran *orando pe!ue5os reolinos periódicos,#no coordinados$ coo por ejeplo el agua en un canal de granpendiente. 6e%ido a esto, la tra(ectoria de una partícula se puedepredecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la tra(ectoria de la

isa es ipredeci%le, ás precisaente caótica.&as prieras e'plicaciones cientí7cas de la *oración del fujotur%ulento proceden de 1ndr8i 9ologórov ( &ev 6. &andau #teoría de:op*;&andau$. 1un!ue la teoría odernaente aceptada de latur%ulencia *ue propuesta en ? por 6avid Ruelle ( Floris @aAens.


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DIS$RI+UCI%N DE VE!OCIDADES

)s uno de los dos tipos principales de fujo en fuido. e llaa fujolainar o corriente lainar, al oviiento de un fuido cuando 8ste esordenado, estrati7cado, suave. )n un fujo lainar el fuido se ueveen láinas paralelas sin entree+clarse ( cada partícula de fuido sigue unatra(ectoria suave, llaada línea de corriente. )n fujos lainares elecaniso de transporte lateral es e'clusivaente olecular. e puedepresentar en las duchas el8ctricas veos !ue tienen líneas paralelas

)l fujo lainar es típico de fuidos a velocidades %ajas o viscosidades altas,ientras fuidos de viscosidad %aja, velocidad alta o grandes caudales suelenser tur%ulentos. )l n3ero de Re(nolds es un paráetro adiensionaliportante en las ecuaciones !ue descri%en en !u8 condiciones el fujo serálainar o tur%ulento. )n el caso de fuido !ue se ueve en un tu%o de seccióncircular, el fujo persistente será lainar por de%ajo de un n3ero de Re(noldscrítico de apro'iadaente B?. 2ara n3eros de Re(nolds ás altosel fujo tur%ulento puede sostenerse de *ora inde7nida. in e%argo, eln3ero de Re(nolds !ue deliita fujo tur%ulento ( lainar depende de lageoetría del sistea ( adeás la transición de fujo lainar a tur%ulento esen general sensi%le a ruido e iper*ecciones en el sistea.)l per7l lainar de velocidades en una tu%ería tiene *ora de una pará%ola,donde la velocidad á'ia se encuentra en el eje del tu%o ( la velocidad es

igual a cero en la pared del tu%o. )n este caso, la p8rdida de energía esproporcional a la velocidad edia, ucho enor !ue en el caso de fujo


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'(/ P0RDIDAS DE CAR1A DE RICCI%N

EN !U"O !A#INARAC$OR DE RICCI%N DE DARC2 )l *actor de *ricción o coe7ciente de resistencia de 6arc(;Deis%ach #*$ es un paráetro adiensional !ue se utili+aen dináica de fuidos para calcular la p8rdida de carga enuna tu%ería de%ido a la *ricción.)l cálculo del *actor de *ricción ( la infuencia de dos paráetros#n3ero de Re(nods Re ( rugosidad relativa Er$ depende delr8gien de fujo.a$ 2ara r8gien lainar #Re B$ el *actor de *ricción secalcula coo/

)n r8gien lainar, el *actor de *ricción es independiente de la rugosidad relativa (depende 3nicaente del n3ero de Re(nolds


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'(3 P0RDIDAS DE CAR1A EN !U"O $UR+U!EN$O4

SE15N CO!E+ROO678HI$E4 ECUACI%N DE CHE,2 ECUACI%N DE CO!E+ROO678HI$E

Fórula usada en hidráulica para el cálculo del *actor de *ricciónde 6arc( ta%i8n conocido coo coe7ciente de ro+aiento. e

trata del iso *actor !ue aparece en la ecuación de 6arc(;Deis%ach.&a e'presión de la *órula de Cole%rooA;Dhite #,


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#9:odos i:era:ivos i;


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'(= RE!ACION EN$RE E! COEICIEN$EDE DARC2 CHE,2

ECUACI%N DE CHE,2

1pro'iadaente en >, 1ntoine Ch8+( #ron, BJ$pu%licó una proporcionalidad %asada en los conceptos*undaentales para el oviiento uni*ore del fujo encanales, dicha propuesta *ue !ue la velocidad en un canal

varia%a coo

6ónde/hf K p8rdida de energía por *ricción C K coe7ciente de *ricción de Che+(

L = &ongitud de análisisV K velocidad edia del fujoD K diáetro del tu%o, en el caso de otrageoetría se de%e utili+ar el diáetro e!uivalenteRh K radio hidráulicoS K pendiente de la línea del gradiente hidráulico


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ECUACI%N DE DARC278EIS+ACH

)sta ecuación para el cálculo de la resistencia del fujo entu%erías, ha tenido un desarrollo histórico u( interesante, entrelas aportaciones ás iportantes so%resalen las de/ Che+(,Deis%ach, 6arc(, 2oiseuille, :agen, 2randtl, lasius, Lon9árán, -iAuradse, Cole%rooA, Drite, Rousen ( Mood(. 6ehecho, la ecuación de 6arc(;Deis%ach co%inada con el

6iagraa Universal de Mood( #Figura B.


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RE!ACIONES EN$RE !OS COEICIEN$ES DE RICCI%N

)l coe7ciente f se puede relacionar con la n de Manning de lasiguiente anera/

1deás es posi%le o%tener la relación entre n ( E con la

siguiente relación/


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ANÁ!ISIS DE SENSI+I!IDAD DE !OS COEICIEN$ES DERICCI%N

Resulta interesante anali+ar la sensi%ilidad de los di*erentescoe7cientes de resistencia a lo largo del conducto, la presenciade ca%ios co%inados entre la p8rdida de energía ( lavelocidad pueden interpretarse coo errores cuando se idendichas varia%les en conductos cu(o diáetro es constante a lolargo de la tu%ería, si adeás se considera !ue dichos errores

son insigni7cantes, para cual!uier coe7ciente de resistencia CR,se cuple lo siguiente #o%ardelli, B$.


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&os resultados de la aplicación de la e'presiónanterior a los di*erentes coe7cientes de rugosidad seuestran en la ta%la/


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'(> ECUACION DE HA,EN 7 8I!!IA#S&a *órula de :a+en;Dillias, ta%i8n denoinada ecuación de:a+en;Dillias, se utili+a particularente para deterinar lavelocidad del agua en tu%erías circulares llenas, o conductoscerrados es decir, !ue tra%ajan a presión.

u *orulación en *unción del radio hidráulico es/

en *unción del diáetro/


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'(? P0RDIDAS !OCA!ES POR EN$RADA4 A#P!IACI%N +RUSCA4REDUC%N4 CA#+IO DE DIRECCI%N4 VÁ!VU!A DE CO#PUER$A

UNDA#EN$O $E%RICO

1deás de las p8rdidas de energía por *ricción, ha( otras p8rdidasenores asociadas con los pro%leas en tu%erías. e considera !uetales p8rdidas ocurren localente en el distur%io del fujo. )stas ocurrende%ido a cual!uier distur%io del fujo provocado por curvaturas oca%ios en la sección. on llaadas p8rdidas enores por!ue puedendespreciarse con *recuencia, particularente en tu%erías largas dondelas p8rdidas de%idas a la *ricción son altas en coparación con las

p8rdidas locales. in e%argo en tu%erías cortas ( con un considera%len3ero de accesorios, el e*ecto de las p8rdidas locales será grande (de%erán tenerse en cuenta.


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Un ensanchaiento s3%ito en la tu%ería provoca un increento enla presión de 2< a 2B ( un decreciiento en la velocidad de L< aLB.

eparación ( tur%ulencia ocurre cuando el fujo sale del tu%o áspe!ue5o ( las condiciones norales del fujo no se resta%lecen hastauna cierta distancia aguas a%ajo. Una presión 2act3a en la +ona dereolinos ( el tra%ajo e'periental ha deostrado !ue 2 K 2


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'('@ ECUACION DE #ANNI1

)s una evolución de la *órula de Ch8+( para el cálculo de lavelocidad del agua en canales a%iertos ( tu%erías, propuesta por elingeniero irland8s Ro%ert Manning, en


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'('' EPERI#EN$O DE RE2NO!DS

Una calle de vórtices alrededor de un cilindro. )sto ocurrealrededor de los cilindros, para cual!uier fuido, taa5o delcilindro ( velocidad de fuido, siepre !ue tenga un n3ero deRe(nolds de entre O ? (


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'('* PERI! HIDRAU!ICO

)l per7l hidráulico constitu(e una herraienta u( e7ca+ paraesta%lecer la elevación relativa de unas unidades de la planta conre*erencia a las deás.)l arco para la de7nición de la elevación es el nivel del agua. &adi*erencia de nivel de agua entre dos unidades de%e ser por loenos igual a las p8rdidas de carga atreves de los ductos deipulsión o de gravedad !ue las interconectan, pudiendo, sine%argo, ser a(or de estas, lo !ue dará un argen de seguridadcontra re%oses ( reansos inesperados. 2or lo tanto las p8rdidas decarga son un *actor decisivo en el dise5o de una planta detrataiento !ue coprende dos o ás unidades conectadas en

serie.


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'('- !INEA DE CAR1A ES$A$ICA&a Carga )stática á'ia acepta%le será de J ( la Carga6ináica ínia será de < .

PERDIDAS DE CAR1A)&as p8rdidas de cargas se ani7estan en tu%erías cerradas porperdida de presión ( en canales a%iertos por re%aja del nivel deagua. on originadas por el roce o *ricción del agua contra lasparedes de los ductos li%res #canales a%iertos$ o *or+ados#tu%ería %ajo presión$.


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'('. !INEA DE ENER1IARepresenta las p8rdidas de energía !ue se producen por eldespla+aiento de un fuido de un punto a otro a lo largo de unconducto. @eniendo en cuenta la p8rdida de carga entre dos puntosdel conducto se esta%lece una igualdad de energías llaada)cuación de )nergía. 2ara fuido hoog8neo, se tiene/


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'('/ !INEA DE PRESION OPIE,O#0$RICA

e de7ne el concepto de nivel pie+o8trico coo la altura de lasuper7cie li%re de agua so%re el nivel del ar, en los acuí*eros li%res.)n los con7nados, es la altura !ue alcan+aría el agua en elinterior de un sondeo hasta e!uili%rarse con la presión atos*8rica.

Es:udio de la


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'('/ ENER1IA #ECÁNICA ENCONDUCCIONES CI!INDRICAS

Consid8rese un fuido incopresi%le !ue circula por una conducción

cilíndrica de sección constante, pudiendo ser tanto en r8gienlainar coo tur%ulento. 1plicando el %alance de cantidad deoviiento a los e'treos < ( B/


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