Flujo de fluidos Tabla de contenidos
Conocimientos de hidráulica y neumática
Equipos de potencia de fluidos
La caída de presión en las tuberías es causada por:
- Fricción
- Diferencia vertical de la tubería o elevación
- Cambios de energía cinética
- Cálculo de la caída de presión causada por la fricción en tuberías circulares
Para determinar la caída de presión del fluido (líquido o gas) a lo largo de una tubería o componente de la misma, los siguientes cálculos, en el siguiente orden.
Número de Reynolds de la ecuación:
|
Re = ω D / v Re = ρ v l / µ Re = ω l / v |
Donde: Re = Número de Reynolds (sin unidades) Viscosidad cinemática Ejemplos de valores de viscosidad cinemática para el aire y el agua a 1 atm y varias temperaturas. Viscosidad cinemática del aire m2/a
Viscosidad cinemática del agua m2/ a
Tabla de viscosidad cinemática. Tabla de líquidos |
Si el número de Reynolds < 2320, entonces se tiene un flujo laminar.
El flujo laminar se caracteriza por el deslizamiento de capas cilíndricas concéntricas que pasan unas junto a otras de forma ordenada. La velocidad del fluido es máxima en el eje de la tubería y disminuye bruscamente hasta llegar a cero en la pared. La caída de presión causada por la fricción del flujo laminar no depende de la rugosidad de la tubería.
Si el número de Reynolds > 2320, se tiene un flujo turbulento.
Hay un movimiento irregular de las partículas del fluido en direcciones transversales a la dirección del flujo principal. La distribución de la velocidad del flujo turbulento es más uniforme a lo largo del diámetro de la tubería que en el flujo laminar. La caída de presión causada por la fricción del flujo turbulento depende de la rugosidad de la tubería.
Seleccione el coeficiente de fricción de la tubería:
El coeficiente de fricción de la tubería es un número adimensional. El factor de fricción para la condición de flujo laminar es una función del número de Reynolds solamente, para el flujo turbulento es también una función de las características de la pared de la tubería.
Determinar el coeficiente de fricción de la tubería en flujo laminar:
λ = 64 / Re
Donde:
λ = Coeficiente de fricción de la tubería
Re = Número de Reynolds
Nota: Las tuberías perfectamente lisas tendrán una rugosidad de cero.
Determinar el coeficiente de fricción de la tubería en flujo turbulento (en la mayoría de los casos) Ecuación de Colbrook:
o
Donde:
= Coeficiente de fricción de la tubería
g = Aceleración de la gravedad (9.8 m/s)
Re = Número de Reynolds (sin unidades)
k = Rugosidad absoluta (mm)
D = Diámetro de la tubería (m)
lg = Corto para el Tronco
Las soluciones a este cálculo se grafican frente al número de Reynolds para crear un Gráfico de Moody.
La siguiente tabla da los valores típicos de rugosidad en milímetros para los materiales de tubería comúnmente utilizados.
| Material de la superficie |
Coeficiente de rugosidad absoluta – k (mm)
|
Aluminio, plomo |
0.001 – 0,002
|
Latón estirado, Cobre estirado |
0.0015
|
| Aluminio, Plomo |
0,001 – 0,002
|
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| PVC, Tubos de plástico |
0.0015
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|
| Fibra de vidrio |
0,005
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| Acero inoxidable |
0.015
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| Tubo comercial de acero |
0,045 – 0.09
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| Acero estirado |
0,015
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| Acero para soldar |
0.045
|
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| Acero galvanizado |
0,15
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| Acero oxidado |
0.15 – 4
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| Acero remachado |
0,9 – 9
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| Fundición nueva |
0,25 – 0.8
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| Hierro fundido desgastado |
0,8 – 1,5
|
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| Hierro fundido corroído |
1.5 – 2,5
|
Fundición asfáltica |
0.012
|
| Hierro galvanizado |
0,015
|
|
| Cemento alisado |
0.3
|
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| Hormigón ordinario |
0,3 – 3
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| Madera bien cepillada |
0,18 – 0.9
|
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| Madera ordinaria |
Determinar la pérdida de carga en tubos circulares:
Donde:
Δp = Pérdida de carga (Pa o kg / m-s 2)
λ = Coeficiente de fricción de la tubería
L = Longitud de la tubería (m)
D = Diámetro de la tubería (m)
p = Densidad (kg/m3)
ω = Velocidad de flujo (m/s)
Si tiene válvulas, codos y otros elementos a lo largo de su tubería, entonces se calcula la caída de presión con coeficientes de resistencia específicos para el elemento. Los coeficientes de resistencia se encuentran en la mayoría de los casos a través de pruebas prácticas y a través de los documentos de especificación del proveedor. Si se conoce el coeficiente de resistencia, entonces podemos calcular la caída de presión para el elemento.
Donde:
= Pérdida de carga (kg/m2)
= Coeficiente de resistencia (determinado por ensayo o especificación del proveedor)
p = Densidad (kg/m3)
ω = Velocidad de flujo
Caída de presión por gravedad o elevación vertical
Donde:
Δp = Caída de presión (kg/m2)
p = Densidad (kg/m3)
g = Aceleración de la gravedad (9,8 m/s/s)
ΔH = Elevación o caída vertical(m)
Caída de presión de gases y vapores
Los fluidos compresibles se expanden causados por las caídas de presión (fricción) y la velocidad aumentará. Por lo tanto es la caída de presión a lo largo de la tubería no es constante.
Donde:
p1 = Presión de entrada (kg/m2)
T1 = Temperatura de entrada (°C)
p2 = Presión de salida (kg/m2)
T2 = Temperatura de salida (°C)
Fijamos el número de fricción de la tubería como constante y lo calculamos con los datos de entrada. La temperatura, que se utiliza en la ecuación, es la media de la entrada y la salida de la tubería.
Nota: Se pueden calcular los gases como líquidos, si el cambio relativo de densidad es bajo (cambio de densidad/densidad = 0,02).