5.1.- FLUJOS EN TUBOS Flujo la!inar y turbulento Flujo la!inar# las art"culas se !ueven en direcciones aralelas for!ando caas o lá!inas el fluido es unifor!e y regular. *a viscosidad do!ina el !ovi!iento del fluido donde#
Flujo turbulento# las art"culas se !ueven de for!a desordenada en todas las direcciones4 es i!osible conocer la trayectoria individual de cada art"cula. *a caracteri,aci+n del !ovi!iento debe considerar los efectos de la viscosidad y de la turbulencia4 se ace con#
%e deter!ina con resultados eeri!entales#
Prandtl
Perdidas de energ"a or fricci+n *a ecuaci+n de 'arcy !arca las érdidas or fricci+n 6* tanto en régi!en la!inar co!o turbulento.
Flujo la!inar#
Flujo turbulento#
*ongitud e7uivalente
*a tensi+n cortante en la ared de la tuber"a *a tensi+n cortante en la ared de la tuber"a#
*a tensi+n cortante var"a a lo largo de una secci+n recta#
*a velocidad de corte o de fricci+n v8 se eresa co!o#
5.2.- PRUEBAS EN TUNELES DE VIENTO Y DE AGUA %e considera 7ue el fluido circulante en el interior del túnel de viento cu!le con las siguientes caracter"sticas# • • • • •
&s sola!ente aire 9a resi+n at!osférica:. %e anali,a en régi!en estacionario. %e desrecian las érdidas de carga %e desrecia la variaci+n de te!eratura. %e suone flujo inco!resible.
*as érdidas de carga se desrecian or varias ra,ones una de ellas es 7ue el túnel es de corta etensi+n or lo tanto las érdidas ri!arias 9or fricci+n del fluido con las aredes de túnel: se acen !uy e7ue;as. *as érdidas secundarias son !uy e7ue;as ta!bién ya 7ue no eisten ele!entos filtrantes y las contracciones y ensanca!ientos son graduales.
las roiedades del aire a te!eratura a!biente 92/ = > 203.15 ?: y considerarlas constantes durante todo el roceso.
ondiciones iniciales %e suone 7ue el fluido ingresa con una resi+n igual a la at!osférica a nivel del !ar P>1/1325 Pa. 9Pri!era condici+n: y en la salida se elicita la velocidad co!o segunda condici+n de borde. *a velocidad de circulaci+n del fluido en el interior del túnel está deter!inada or las caracter"sticas del ventilador. (elocidad de flujo en el interior del túnel de viento#
*"neas de corriente y ca!o vectorial de velocidades#
&l fluido ingresa a resi+n at!osférica 9condici+n inicial de entrada: y egresa a una resi+n !uy r+i!a a la at!osférica ara ser !ás el"cito la variaci+n de resi+n entre la entrada y la salida es de 131 Pa > /.//120 at!. &sta variaci+n de resi+n total!ente desde;able er!ite constatar la veracidad de la suosici+n reali,ada en las condiciones de flujo 9flujo inco!resible: ya 7ue el ca!bio de densidad del aire 7ue roduce esta variaci+n de resi+n es insignificante. 'istribuci+n de resiones del flujo fluido en el túnel de viento#
@únel de agua *os túneles de agua an sido utili,ados en una u otra for!a ara elorar la !ecánica de los fluidos y los fen+!enos aerodiná!icos desde los d"as de *eonardo 'a (inci. &n a;os recientes an sido reconocidos co!o un e7uio ara evaluar co!lejos ca!os fluidos sobre cueros co!lejos. &n articular los túneles de agua son usados en desarrollo ara entender los flujos co!lejos
do!inados
or
v+rtices e
interacciones
varicosas. *a
visuali,aci+n de flujo en los !is!os rovee un ecelente !étodo ara observar detallada!ente el flujo alrededor de gran variedad de configuraciones.
(iscosidad y densidad del agua a 1 at!. urva de ajuste sugerida ara el agua en el intervalo / A @ A 1// =
5.3.-PÉRDIDAS
PRIMARIAS
Y
SECUNDARIAS
EN
TUBERIAS *as érdidas or fricci+n se resentan or7ue al estar el fluido en !ovi!iento abrá una resistencia 7ue se oone a dico !ovi!iento 9fricci+n al fluir: convirtiéndose arte de la energ"a del siste!a en energ"a tér!ica 9calor: 7ue se disia a través de las aredes de la tuber"a or la 7ue circula el fluido. *as válvulas y accesorios se encargan de controlar la direcci+n o el flujo volu!étrico del fluido generando turbulencia local en el fluido esto ocasiona una érdida de energ"a 7ue se transfor!a en calor. &stas últi!as érdidas son consideradas erdidas !enores ya 7ue en un siste!a grande las érdidas or fricci+n en las tuber"as son !ayores en co!araci+n a la de las válvulas y accesorios. *as érdidas y ganancias de energ"a en un siste!a se contabili,an en tér!inos de energ"a or unidad de eso del fluido 7ue circula or él. &sto ta!bién se conoce co!o carga 9:#
*a !agnitud de las érdidas de energ"a 7ue roduce la fricci+n del fluido las válvulas y accesorios es directa!ente roorcional a la carga de velocidad del fluido. &sto se eresa en for!a !ate!ática as"#
&l tér!ino ? es el coeficiente de resistencia. &cuaci+n general de energ"a#
*a ecuaci+n general de la energ"a es una etensi+n de la ecuaci+n de Bernoulli lo 7ue er!ite resolver roble!as es los 7ue ay érdidas y ganancias de energ"a. Para un siste!a la eresi+n del rinciio de conservaci+n de la energ"a es#
&s esencial 7ue la ecuaci+n general de la energ"a se escriba en la direcci+n del flujo. &l co!orta!iento de un fluido en lo 7ue se refiere a las érdidas de energ"a deende de 7ue el flujo sea la!inar o turbulento. Cn !edio ara redecir este co!orta!iento en el flujo es con el !anejo del nú!ero adi!ensional Deynolds de!ostrado or Esborne Deynolds. &sta ecuaci+n de define co!o#
&ste nú!ero relaciona las fuer,as de inercia sobre un ele!ento de fluido a la fuer,a viscosa. Para alicaciones rácticas se tiene 7ue los flujos con De 2/// se encuentran en estado la!inar y los DeGH/// están en régi!en turbulento. *os 2///DeH/// están en la regi+n de transici+n o regi+n cr"tica. Por lo general si un siste!a llegase a estar en esta regi+n se debe jugar con las variables de De ara acondicionarlo en un estado neta!ente conocido co!o lo son el la!inar o el turbulento.
@eniendo en cuenta la ecuaci+n general de la energ"a es de resaltar 7ue el tér!ino * es la érdida de energ"a en el siste!a. 'e for!a !ate!ática esta se eresa a través de la ecuaci+n de 'arcy#
&ste factor de fricci+n f se evalúa deendiendo del régi!en en el 7ue se encuentre el fluido. Cna ve, se tenga certe,a del régi!en en el 7ue se está se alica alguna de estas eresiones#
*os tér!inos acen referencia a la rugosidad relativa donde es la rugosidad ro!edio de la ared del tubo. *a ecuaci+n ara el flujo la!inar se deter!ina a artir de la ecuaci+n de 6agen-Poiseuille 9ciertas si!lificaciones lo llevan a la ecuaci+n de f ara el flujo la!inar:. *a ecuaci+n ara el flujo turbulento fue desarrollada or %Ia!ee-)ain. abe resaltar 7ue otro de los !étodos indisensables ara evaluar el factor de fricci+n es el 'iagra!a de Moody el cual !uestra la gráfica del factor de fricci+n versus el De con una serie de curvas ara!étricas relacionadas con la rugosidad relativa.
&s i!ortante resaltar 7ue las érdidas or fricci+n ta!bién se dan or los accesorios 7ue osean las tuber"as y del factor de c+!o estas tuber"as estén ubicadas co!o la variable de la instalaci+n de la !is!a con su ro+sito ara el cual va a ser usada ara esto se alica la relaci+n siguiente#
