Principios fundamentales, característicos de flujo en tuberías y perdidos de energía

Principios fundamentales de flujo en tuberías

Cinemática de los fluidosLa cinemática de los fluidos trata del movimiento de las partículas sin considerar la masa ni las fuerzas que actúan en base al conocimiento de las bases cinemáticas

Velocidad, aceleración y rotación

Flujo: El flujo es el movimiento de un fluido. El flujo es un fluido, puede clasificarse de muchas maneras tales como (de régimen estable, de régimen turbulento, real, ideal, compresible e incompresible, rotacional e irrotacional)

Flujo de régimen estable Cuando en cualquier punto del fluido el vector dirección es idéntico en modulo y dirección

Flujo de régimen variableCuando el vector velocidad varía con el tiempo

Flujo de régimen turbulentoEs el más frecuente de los casos prácticos, se trata cuando las partículas del fluido se mueven siguiendo trayectorias muy regulares

Flujo realCuando se considera el rozamiento o viscosidad

Flujo idealEs cuando se supone sin rozamiento o viscosidad nula y que no es turbulento

Flujo rotacionalCuando las partículas del fluido en cada punto tienen una velocidad aguda neta con respecto a ese punto

Flujo irrotacionalCuando se tiene caso contrario al flujo rotacional

Línea de corrienteEs una línea continua trazada en el fluido que en cada punto tangencial es vector

Características de los fluidosLiquido

Son incompresibles Adopta la forma del recipiente que lo contiene Tienen superficie libre Ocupan un volumen definido

Gas

Son compresibles Ocupan todo el volumen del recipiente que lo contiene No tiene superficie libre No ocupan un volumen definido

Pérdida de cargas en tuberíasLa pérdida de carga que tiene en una conducción representa la perdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto de rozamiento

A continuación se resumen las principales fórmulas empíricas empleadas en el cálculo de la pérdida de carga que tiene lugar en tuberías:

ECUACION DE BERNULLI

La ecuación de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo

largo de una corriente de agua. Y expresa que en un fluido ideal

(sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado,

la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.

Teorema de Bernoulli.

La Ecuación de Bernoulli

La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que

posee.

Ecuación de Bernoulli con fricción y trabajo externo

La ecuación de Bernoulli es aplicable a fluidos no viscosos, incompresibles en los que no existe

aportación de trabajo exterior, por

Ejemplo: mediante una bomba, ni extracción de trabajo exterior, por ejemplo mediante una

turbina. De todas formas, a partir de la conservación de la Cantidad de movimiento para

fluidos incompresibles se puede escribir una forma más general que tiene en cuenta fricción y

trabajo:

Dónde:

 = velocidad del fluido en la sección considerada.

 = densidad del fluido.

 = presión a lo largo de la línea de corriente.

 = aceleración gravitatoria

 = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

 Es el peso específico ( ). Este valor se asume constante a través del

recorrido al ser un fluido incompresible.

 Trabajo externo que se le suministra (+) o extrae al fluido (-) por unidad de caudal

másico a través del recorrido del fluido.

hf. Disipación por fricción a través del recorrido del fluido.

Los subíndices   y   indican si los valores están dados para el comienzo o el final del

volumen de control respectivamente.

g = 9,81 m/s2.

DarcyUna de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de darcy. Sin embargo por su complejidad en el cálculo de coeficiente “f” de fricción ha sido en desuso. A un así se puede utilizar para el cálculo de perdida de cargas en tuberías de fundición