flujo de fluidos incompresibles

7/18/2019 Flujo de Fluidos Incompresibles

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FLUJO DE FLUIDOS

Manejo de Sólidos yLíquidos

Docente: Ximena Saaveda



Ley de la viscosidad de !e"ton

2

t < 0 x

y

y = Y

y = 0

t > 0

V

V

EFECTO:#$%!S&O$#E DE '(D(M(

FUERZA IMPULSORA

)*$%DIE!#E DE +ELO'ID%D,

t = 0

V

( , ) x

v t y

t → ∞

( ) x v y

F V

A Y

µ

x yx

dv

dy τ µ



3

Fluidos !o !e"tonianos

! e "

t o n i a n o

Modelo Ley de la poe!"#a

La mayoía de los Fluidos no!e"tonianos -ueden e-esentase a

tav.s del modelo de la ley de la-otencia

Los /luidos no !e"tonianos son aquellos donde los es/ue0os de cote no seelacionan linealmente con la velocidad de de/omación -o cote(

$= +iscosidad a-aente1 esdeteminada e2-eimentalmente yelativamente mayo a la viscosidaddin3mica(

xy

x dv

dy



%

Fluidos !o !e"tonianos con viscosidad constante en eltiem-o(

Fl&#do '#laa!e mientas mayo sea es/ue0o so4e el /luido1 más viscoso sevuelve1 n56( %enas movedi0as1 sus-ensiones de com4usti4les nucleaes(

Pl*#"o de +#!-a.: Se necesita un es/ue0o /inito llamado e!*#/! de

l&e!"#a () -aa que el /luido comience a /lui del todo mientas y n76 Ejm:

&astas de dientes1 cemas -aa acn.1

Fl&#do P*e&dopl*#"o: mientas m3s se cote el /luido )mayo es/ue0o,1 menosviscoso se vuelve( Ejm: &intuas1 -olímeos1 coloides((

1

El es/ue0o cotante sólo de-ende de la velocidad de de/omación(



Fluidos !o !e"tonianos con viscosidad no constante en eltiem-o(

T#xo4/p#"o*: La viscosidad a-aente disminuye con el tiem-o( Ejm: 8o9ut1 mayonesa1ma9aina

Reop5"#"o* La viscosidad a-aente aumenta al aumenta al velocidad de cote(

&aa este ti-o de /luidos la viscosidad a-aente de-ende del tiem-o(

6#*"oel*#"o* Fluyen al se a-licado so4e ellos un es/ue0o1 -eo tiene la -aticulaidadde eco4a sus caacteísticas iniciales( Ejm &olímeos /undidos



7

Flujo Lamina y #u4ulento



Flujo lamina y tu4ulento

En tu4eías1 el /lujo de /luidos es a-o2imadamente en líneas decoiente -aalelas a 4ajas velocidades -eo se vuelve caótica amedida que la velocidad aumenta(

Fl&#do La.#!a4 : Fluye de /oma odenada y las líneas de coienteson suaves(

Fl&#do T&48&le!o Fluye de /oma desodenada y e2isten/luctuaciones en la velocidad(

La mayoía de /luidos que se encuentan son tu4ulentos( 8 se diceque un /luido cum-le esta caacteística cuando el /acto de /icciónalcan0a su m32imo valo(

9




:;.e4o de Rey!old* Es un -a3meto adimensional que se utili0a -aadetemina el ti-o de /lujo que cicula -o una tu4eía o conducción1 yde4e su nom4e al In9enieo y /ísico Os4one $eynolds quien descu4ióque el .9imen de /lujo de-ende -inci-almente de la a0ón de /ue0asineciales a /ue0as viscosas en el /luido( Su e2-esión es la si9uiente:

La 9eometía1 la u9osidad de la su-e/icie1 la velocidad del /lujo1 latem-eatua de la su-e/icie y el ti-o de /luido1 -emiten detemina elcam4io de /lujo lamina a tu4ulento(




Se9;n el valo del n;meo de $eynolds el .9imen de /lujo -uede secaactei0ado como lamina1 tu4ulento o de tansición(

R5#.e! de Fl&<o la.#!a4 Re1200

Zo!a 4a!*#"#/! 'om-endida ente el /lujo lamina y tu4ulento( Iniciaen lamina y al aumenta la velocidad se 9enean ondulaciones astaque lle9a a tu4ulento si -osi9ue el aumento de la velocidad(200Re%000

R5#.e! de Fl&<o &48&le!o: Re >%000

?




&aa 9eometías no ciculaes se em-lea el di3meto id3ulico -aael c3lculo de el n;meo de $eynolds(

'#.e4o -#d4&l#"o

%c es el 3ea de sección tansvesal de la tu4eía y - es su -eímeto;medo )sección -o donde se des-la0a el /luido,(

0




'#.e4o -#d4&l#"o



Ejecicios

Sea un canal ectan9ula de 4ase < m -o el que cicula un caudal de =1>?m< @s( 'alcule el di3meto id3ulico(

2



Ejecicios

'alcule el di3meto id3ulico del si9uiente canal de 9eometíata-e0oidal:

3



Lon9itud de entada

Capa L@.#e Es la e9ión del /lujo en donde se sienten los es/ue0oscotantes( Divide el /lujo en dos e9iones:

A La 4e#/! de la "apa l@.#e: Los e/ectos viscosos y los cam4ios de

velocidad son considea4les(

A la 4e#/! de l&<o ("e!4al) #44oa"#o!al: En esta los e/ectos de/icción son des-ecia4les y la velocidad -emanece esencialmenteconstante en la diección adial(

%



Lon9itud de entada

El 9oso de la ca-a límite aumenta en la diección del /lujo asta que la ca-alímite alcan0a el cento de la tu4eía y la llena com-letamente(



Lon9itud de entada

A Re#/! de e!4ada -#d4od#!.#"a Es la e9ión desde la entada a la tu4eíaasta el -unto en el que la ca-a límite eme9e en la línea cental( La lon9itudque a4aca esta e9ión se llama lo!#&d de e!4ada -#d4od#!.#"a )Lh,(

A Re#/! -#d4od#!.#"a.e!e de*a44ollada oal.e!e Es la 0ona m3s all3de la e9ión de entada en la que el -e/il de velocidad est3 totalmentedesaollado y -emanece invaia4le(

7



$.9imen de Flujo

Fl&<o e! 45#.e! la.#!a4 a 4a5* de &8e4@a*

En tu4eías1 tanto oi0ontales como veticales1 se -oduce /lujo siem-e ycuando aya di/eencia de -esiones ente los e2temos del tu4o1 de talmanea que a43 movimiento de mayo a meno -esiones(

#eniendo en cuenta que la velocidad es nula en el -unto de contacto del/luido con la tu4eía y alcan0a3 su valo m32imo en el cento del tu4o(

9



$.9imen Lamina

Las -.dida de -esión -aa todos los /lujos intenos totalmente desaollados/lujos lamina o tu4ulento1 tu4eías ciculaes o noB ciculaes1 su-e/icies lisas ou9osas1 tu4eías oi0ontales o inclinadas se e2-esan como:

Facto de /icción de Dacy: Facto de /icción de /annin9

El /acto o coe/iciente de /icción de /annin9 est3 elacionado con el /acto de/icción de Dacy1 y se a-lica sólo -aa /lujo lamina en tu4eías ciculaes(

B



$.9imen Lamina

?

En tu4eía1 las -.didas de -esión1 o -.didas de ene9ía -o /icción1com;nmente se e2-esan en t.minos de la altura de la columna de fluido

equivalente1 llamada -.dida de ca9a o ecuación de Darcy.

Esta ecuación -uede se a-licada -aa /lujo lamina o tu4ulento en tu4eíasciculaes y no ciculaes(

'uando se conoce la caída de -esión o las -.didas de ca9a1 el /lujo

volum.tico )C, de /lujo lamina en una tu4eía oi0ontal -uede se calculadoa -ati de la ecuación de a9en &oiseuille:



#u4eías Inclinadas

20

Este ti-o de sistemas se anali0a i9ual que -aa el caso de las tu4eíasoi0ontales1 con vaiaciones en la e2-esión de la caída de -esión (

9L senG

&o consi9uiente la velocidad -omedio y el /lujo volum.tico se e2-esaían de lasi9uiente /oma:



Ejecicio

2

Se tiene a9ua a H=F )7?(H l4m@/t< y K7 l4m@/t s, que /luye de maneaestacionaia a tav.s de una tu4eía oi0ontal de =(6 in de di3meto y <= /t dela9o con una velocidad -omedio de <(= /t@s 1 de acuedo a la /i9ua(

Detemine a, la -.dida de ca9a1 b, la caída de -esión y c , la necesidad de

-otencia de 4om4eo -aa su-ea esta caída de -esión(



Ejecicio

22

&imeo se detemina el .9imen de /lujo1 sa4iendo

que es un /luido incom-esi4le y com-letamentedesaollado(

6=H

$.9imen lamina1 -o lo tanto:

f = de este modo la ca9a seía

'omo la tu4eía es oi0ontal y dedi3meto constante la caída de -esiónse de4e a las -.didas -o /icción:



Ejecicio

23

Se calcula -imeo el /lujo que cicula a tav.s de latu4eía ya que la -otencia de 4om4eo est3 en /unciónde este (



FLUJO E! #UNE$%S

'%$%'#E$S#I'%S DE U!% #UNE$%:

Los tamaPos est3nda de tu4eías se denominan -o medio de su di3metonominal y numeo de c.dula( Las es-eci/icaciones de la tu4eía son dados-o el %!SI )Instituto %meicano de !omas !acionales, ) ANSI/AS!

Standard "#$.$%$&&'( )o*er )i+in,-

El di3meto nominal es la medida -o la que se conoce una tu4eía(

D(! QD(E(

D(E(7 )es-eso de la tu4eía, R D(I(

Si el D(!(56 -ul9adas D(!( 7 D(E(

SI <Q D(!(Q6 -ul9adas D(!(7 D(I(

&aa tu4eías -equePas no se cum-len estas condiciones(



FLUJO E! #UNE$%S

'.dula de la tu4eíaEs la elación ente el di3meto inteno y el di3meto e2teno )es-eso,

El n;meo de c.dula se detemina -o la elación ente -esión -emisi4lede o-eación y el es/ue0o -emisi4le del mateial en la tu4eía )$esistencia,(

El an9o de n;meos de cedula va de 6= a 6?=1 y los mas altos indican unes-eso mayo de -aed )Mismo D(E( y D(I( m3s -equePo,( Las c.dulas m3scomunes son la H= y = ()%-.ndice F )MO##, %-endice NB6<a )'ane,,(

A



FLUJO E! #UNE$%S

#amaPo nominal de tu4eías en unidades m.ticas

'.dula H=

&aa alla las dimensiones eales es necesaio calcula el D(E(1 D(I( y es-eso a

-ati de ta4las )3ea de /lujo,



FLUJO E! #UNE$%S

Mateíales comunes en los que se contuyen las tu4eías



FLUJO E! #UNE$%S

+elocidades y /lujos ecomenda4les en tu4eías



FLUJO E! #UNE$%S+elocidades y /lujos ecomenda4les en tu4eías



FLUJO #U$NULE!#O

&.didas de ene9íade4ido a la /icción:

P4#.a4@a* omayoes

Se"&!da4#a* o menoes

#u4eías

%ccesoios

'oe/( de esistencia



FLUJO #U$NULE!#O

Facto de /icción 7 T)$e1 ,

E"&a"#/! deCole84oo

'#a4a.a deMoody

Facto de /icción y u9osidad elativason deteminados 93/icamente1

Rela"#/! de SDED aala!d

Facto de /icción 7 T)$e1 ,

E"&a"#/! deCole84oo

'#a4a.a deMoody

Facto de /icción y u9osidad elativason deteminados 93/icamente1

Rela"#/! de SDED aala!d



'#a4a.a de Moody

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flujo de fluidos incompresibles

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