Introducci n al flujo en tuberias estudiantes
Páginas: 5 (1200 palabras)
Publicado: 19 de junio de 2015
Mecánica de fluidos
Enero de 2015
La mayor parte de la información contenida en esta presentación ha sido traducida de la
versión en inglés de:
Lecture slides by Mehmet Kanoglu. Con base en el texto: Fluid Mechanics: Fundamentals
and Applications, 2nd Edition, Yunus A. Cengel, John M. Cimbala, McGraw-Hill, 2010
Entender mejor los flujos laminar y
turbulento en tuberías y el análisis delflujo
totalmente desarrollado.
Fujo laminar y turbulento
Número de Reynolds
Regiones de entrada
Longitudes de entrada
Externo
Fluye sobre una
superficie
Interno
Fluye dentro de
un conducto
Flujo de fluidos
Fluido en un conducto
Conducto completamente lleno con el fluido
El flujo se impulsa principalmente por la
diferencia de presión.
Los líquidos y los gasesfluyen a través de tuberías o conductos.
En ocasiones el fluido se fuerza a fluir por acción de una bomba que
atraviesa un tramo de la tubería.
La fricción, relacionada directamente con la caída de presión o pérdida
de carga en el flujo de tuberías, es de gran interés para el diseño de los
conductos.
Tubería
circular
Agua
(50 atm)
Conducto
rectangular
Aire
(1.2 atm)
Las tuberíascirculares
pueden soportar grandes
diferencias de presión
entre el interior y el
exterior sin experimentar
alguna distorsión
considerable, pero las nocirculares no pueden
hacerlo.
Las soluciones teóricas solo
pueden obtenerse para unos
pocos casos simples como el
flujo laminar completamente
desarrollado en un tubería
circular.
La mayoría de los problemas de
fluidos se resuelven a través deresultados experimentales y
relaciones empíricas, en lugar
de a través de soluciones
analíticas.
Fuente:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reynolds_fluid_t
urbulence_experiment_1883.jpg#mediaviewer/
Traza del colorante
Flujo
turbulento
Flujo
laminar
Laminar: líneas de
corriente suaves y
movimiento ordenado.
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚
Turbulento:
Fluctuaciones de
velocidad y movimiento
desordenado.Transición: fluctuación
entre laminar y
turbulento.
La mayoría de los flujos
que se encuentran en la
práctica son turbulentos.
Inyección del colorante
(a) Flujo laminar
Traza del colorante
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚
Inyección del colorante
Comportamiento de un
colorante inyectado en un
flujo a) laminar, y b)
turbulento.
(b) Flujo turbulento
La transición de flujo laminar a turbulento
depende de la geometría,la rugosidad de la
superficie, la velocidad del flujo, la temperatura
de la superficie y el tipo de fluido, entre otros.
El régimen de flujo depende principalmente de
la razón entre fuerzas inerciales y fuerzas
viscosas (número de Reynolds)
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 𝐷 𝜌𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 𝐷
𝑅𝑒 =
=
=
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑎𝑠
𝑣
𝜇
El número de Reynolds puede ser
visto como el radio de las fuerzas de
inercia y lasfuerzas viscosas
actuando en un elemento fluido.
A números de Reynolds grandes,
las fuerzas de inercia,
proporcionales a la densidad del
fluido y al cuadrado de la velocidad
del fluido, son grandes respecto a
las fuerzas viscosas, y por tanto las
fuerzas viscosas no pueden evitar
las fluctuaciones aleatorias y
rápidas del fluido (flujo
turbulento).
A números de Reynolds pequeños
o moderados, lasfuerzas viscosas
son lo suficientemente grandes
para suprimir las fluctuaciones y
mantener el fluido ordenado (flujo
laminar).
Números de Reynolds críticos,
Recr:
Son los números de Reynolds
en los cuales el flujo se vuelve
turbulento.
El valor del número de Reynolds
critico es diferente para
condiciones de flujo y
geometrías distintas
Para flujo a través de tuberías nocirculares, el númerode Reynolds se
basa en el diámetro hidráulico Dh
Tubería circular
4𝐴𝑐
𝐷ℎ =
𝑝
Para flujo en una tubería circular:
𝑅𝑒 ≤ 2300
2300 ≤ 𝑅𝑒 ≤ 4,000
𝑅𝑒 ≥ 4,000
Laminar
Flujo laminar
Flujo de transición
Flujo turbulento
Turbulento
Traza del colorante
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚
Inyección del colorante
En la región de
flujo de
transicional de
2300 ≤ 𝑅𝑒 ≤
4,000, el flujo
cambia
aleatoriamente
entre laminar y...
Enero de 2015
La mayor parte de la información contenida en esta presentación ha sido traducida de la
versión en inglés de:
Lecture slides by Mehmet Kanoglu. Con base en el texto: Fluid Mechanics: Fundamentals
and Applications, 2nd Edition, Yunus A. Cengel, John M. Cimbala, McGraw-Hill, 2010
Entender mejor los flujos laminar y
turbulento en tuberías y el análisis delflujo
totalmente desarrollado.
Fujo laminar y turbulento
Número de Reynolds
Regiones de entrada
Longitudes de entrada
Externo
Fluye sobre una
superficie
Interno
Fluye dentro de
un conducto
Flujo de fluidos
Fluido en un conducto
Conducto completamente lleno con el fluido
El flujo se impulsa principalmente por la
diferencia de presión.
Los líquidos y los gasesfluyen a través de tuberías o conductos.
En ocasiones el fluido se fuerza a fluir por acción de una bomba que
atraviesa un tramo de la tubería.
La fricción, relacionada directamente con la caída de presión o pérdida
de carga en el flujo de tuberías, es de gran interés para el diseño de los
conductos.
Tubería
circular
Agua
(50 atm)
Conducto
rectangular
Aire
(1.2 atm)
Las tuberíascirculares
pueden soportar grandes
diferencias de presión
entre el interior y el
exterior sin experimentar
alguna distorsión
considerable, pero las nocirculares no pueden
hacerlo.
Las soluciones teóricas solo
pueden obtenerse para unos
pocos casos simples como el
flujo laminar completamente
desarrollado en un tubería
circular.
La mayoría de los problemas de
fluidos se resuelven a través deresultados experimentales y
relaciones empíricas, en lugar
de a través de soluciones
analíticas.
Fuente:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reynolds_fluid_t
urbulence_experiment_1883.jpg#mediaviewer/
Traza del colorante
Flujo
turbulento
Flujo
laminar
Laminar: líneas de
corriente suaves y
movimiento ordenado.
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚
Turbulento:
Fluctuaciones de
velocidad y movimiento
desordenado.Transición: fluctuación
entre laminar y
turbulento.
La mayoría de los flujos
que se encuentran en la
práctica son turbulentos.
Inyección del colorante
(a) Flujo laminar
Traza del colorante
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚
Inyección del colorante
Comportamiento de un
colorante inyectado en un
flujo a) laminar, y b)
turbulento.
(b) Flujo turbulento
La transición de flujo laminar a turbulento
depende de la geometría,la rugosidad de la
superficie, la velocidad del flujo, la temperatura
de la superficie y el tipo de fluido, entre otros.
El régimen de flujo depende principalmente de
la razón entre fuerzas inerciales y fuerzas
viscosas (número de Reynolds)
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 𝐷 𝜌𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 𝐷
𝑅𝑒 =
=
=
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑎𝑠
𝑣
𝜇
El número de Reynolds puede ser
visto como el radio de las fuerzas de
inercia y lasfuerzas viscosas
actuando en un elemento fluido.
A números de Reynolds grandes,
las fuerzas de inercia,
proporcionales a la densidad del
fluido y al cuadrado de la velocidad
del fluido, son grandes respecto a
las fuerzas viscosas, y por tanto las
fuerzas viscosas no pueden evitar
las fluctuaciones aleatorias y
rápidas del fluido (flujo
turbulento).
A números de Reynolds pequeños
o moderados, lasfuerzas viscosas
son lo suficientemente grandes
para suprimir las fluctuaciones y
mantener el fluido ordenado (flujo
laminar).
Números de Reynolds críticos,
Recr:
Son los números de Reynolds
en los cuales el flujo se vuelve
turbulento.
El valor del número de Reynolds
critico es diferente para
condiciones de flujo y
geometrías distintas
Para flujo a través de tuberías nocirculares, el númerode Reynolds se
basa en el diámetro hidráulico Dh
Tubería circular
4𝐴𝑐
𝐷ℎ =
𝑝
Para flujo en una tubería circular:
𝑅𝑒 ≤ 2300
2300 ≤ 𝑅𝑒 ≤ 4,000
𝑅𝑒 ≥ 4,000
Laminar
Flujo laminar
Flujo de transición
Flujo turbulento
Turbulento
Traza del colorante
𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚
Inyección del colorante
En la región de
flujo de
transicional de
2300 ≤ 𝑅𝑒 ≤
4,000, el flujo
cambia
aleatoriamente
entre laminar y...
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