Pérdidas primarias y secundarias en tuberias

Sinopsis: En esta unidad se abordan los temas referentes a los diferentes tipos de pérdidas (principalmente a las perdidas por fricción) que se llevan a cavo en los sistemas de tuberías, especialmente en los arreglos serie y paralelo. |

2.1 CAPA LÍMITE.
La teoría de capa limite fue introducida por PRANDTL, esta teoría establece que, para un fluido en movimiento, todas las pedidas por friccióntienen lugar en una delgada capa adyacente al contorno del sólido (llamada capa limite), y que el flujo exterior a dicha capa puede considerarse como carente de viscosidad.
La capa limite posee las siguientes características:
• Es delgada (δ<<x).
•El espesor de la capa limite aumenta en dirección corriente abajo y siempre el cociente δ/x sigue siendo pequeño.
•El perfil de velocidaden la capa limite satisface la condición de no deslizamiento en la pared, y emerge suavemente hasta la velocidad de corriente libre en el borde de la capa.
•Existe un esfuerzo cortante en la pared.
Capa limite: es una región de flujo muy delgada cerca de una pared solida donde las fuerzas viscosas y la rotacionalidad no pueden ignorarse. Como se muestra en la Fig. 2.1.
Fig.2.1

Laaproximación de la capa limite corrige algunas de las grandes deficiencias de la ecuación de Euler al ofrecer una manera para reforzar la condición de no deslizamiento en paredes solidas. Por lo tanto pueden existir fuerzas viscosas de corte a lo largo de paredes, dos cuerpos sumergidos en un flujo libre pueden experimentar arrastre y pueden predecirse con más precisión la separación de flujo en regiones degradientes de presión adversa.
Las soluciones de capa limite solo son aproximaciones de solución de la ecuación de Navier E Stokes:
(V* ∇ )V*=-EuV*P*+1Re∇*2v*
Para un fluido y placa dados, cuanto mayor sea la velocidad V del flujo libre, más delgada será la capa limite (fig. 2.2). En términos dimensionales, el número de Reynolds se define como base en la distancia x a lo largo de la placa.Fig 2.2 Numero Reynolds a lo largo de la placa: Rex=ρ Vxµ=Vxv
Conforme la capa limite se desplaza por la placa hacia valores cada vez más grandes de x, Reaumenta ligeramente con x, en algún punto las perturbaciones infinitesimales en el flujo comienzan a crecer y la capa limite no puede permanecer laminar: comienza un proceso de transición hacia flujo turbulento. Para una placa plana lisa con flujo libre uniforme, el proceso de transición comienza en un numero Reynolds critico, Re≈ 1x 10^5, y continua hasta que Re ≈3x10^6.
Fig.2.3 y Fig. 2.4Fig 2.3. Crecimiento de la capa limite.

Fig.2.4

2.2 PERDIDAS DE CARGA
La pérdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de energía dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido acircunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

Fricción del fluido.
Un fluido en movimiento presenta resistencia por fricción al fluir. Parte de la energía del sistema se convierte en energía térmica (calor), que se disipa a través de las paredes de la tubería por la que circula el fluido. La magnitud de la energía que se pierdedepende de las propiedades del fluido, velocidad del flujo, tamaño de la tubería, acabado de la pared de la tubería y longitud de la misma.

Perdida de carga en flujo laminar.
En el flujo laminar la pérdida de carga viene dada por la fórmula de Hagen-Poiseuille, su expresión es:
PERDIDA DE CARGA m=32*VISCOSIDAD*LONGITUD*VELOCIDAD MEDIAPESO ESPESIFICO*DIAMETRO2

La función de la viscosidad...