Bases De Calculo

4.Bases de cálculo
En el trefilado existe una pérdida de energía debido a el roce entre el material a trefilar y el material en el cual se lleva a cabo el trefilado y además un perdida que se debe al cambio en la geometría del trefilador mas específicamente en el codo. Esta perdida de energía se conoce como perdida de carga, en este caso existen dos tipos de perdida de carga la primera es laperdida de carga por fricción y la segunda es la perdida de carga singular que se detallan a continuación.
4.1 Pérdida de carga por fricción
Esta es una perdida de energía que se produce debido a la fricción de las partículas entre si del fluido (viscosidad) y contre las paredes de la tubería que los contiene (rugosidad), para este tipo de perdida de carga se distinguen dos tipos de flujos: flujoslaminares y flujos turbulentos, que llevan a la aplicación de dos formulas respectivamente.
Las características de los esfuerzos cortantes son muy distintas en función de que sea flujo laminar o turbulento. En el caso de flujo laminar, las diferentes capas del fluido discurren ordenadamente, siempre en dirección paralela al eje de la tubería y sin mezclarse, siendo el factor dominante en elintercambio de cantidad de movimiento (esfuerzos cortantes) la viscosidad. En flujo turbulento, en cambio, existe una continua fluctuación tridimensional en la velocidad de las partículas (también en otras magnitudes intensivas, como la presión o la temperatura), que se superpone a las componentes de la velocidad. Este es el fenómeno de la turbulencia, que origina un fuerte intercambio de cantidad demovimiento entre las distintas capas del fluido, lo que da unas características especiales a este tipo de flujo. El tipo de flujo, laminar o turbulento, depende del valor de la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas, es decir del número de Reynolds Re:
(4.1.1)
en donde: ρ es la densidad del fluido, V es la velocidad media, D es el diámetro de la tubería, µ es la viscosidaddinámica o absoluta del fluido, ν es la viscosidad cinemática del fluido y Q es el caudal circulante por la tubería. Cuando Re4000 el flujo se considera turbulento. Entre 2000 < Re < 4000 existe una zona de transición. En régimen laminar, los esfuerzos cortantes se pueden calcular de forma analítica en función de la distribución de velocidad en cada sección (que se puede obtener a partir de lasecuaciones de NavierStokes), y las pérdidas de carga lineales hpl se pueden obtener con la llamada ecuación de HagenPoiseuille (realizaron ensayos sobre flujo laminar hacia 1840), en donde se tiene una dependencia lineal entre la pérdida de carga y el caudal:
(4.1.2)
En régimen turbulento, no es posible resolver analíticamente las ecuaciones de Navier-Stokes. No obstante, experimentalmente se puedecomprobar que la dependencia entre los esfuerzos cortantes y la velocidad es aproximadamente cuadrática, lo que lleva a la ecuación de D’Arcy-Weisbach:
(4.1.3)
en donde f es un parámetro adimensional, denominado factor de fricción o factor de D’Arcy, que en general es función del número de Reynolds y de la rugosidad relativa de la tubería: f=f(Re,εr). En régimen laminar también es valida la ecuación deD’Arcy-Weisbach, en donde el factor de fricción depende exclusivamente del número de Reynolds, y se puede obtener su valor:
(4.1.4)
En régimen turbulento el factor de fricción depende, además de Re, de la rugosidad relativa: εr=ε/D; en donde ε es la rugosidad de la tubería, que representa las alturas promedio de las irregularidades de la superficie interior de la tubería. Según pusieron de relievePrandtl y von Karman, esa dependencia está determinada por la relación entre la rugosidad y el espesor de la subcapa límite laminar, que es la zona de la capa límite turbulenta, directamente en contacto con la superficie interior de la tubería; en esta subcapa las fuerzas viscosas son tan grandes frente a las de inercia (debido al alto gradiente de velocidad) que el flujo en ella es localmente...