Ingeniero

Friccion de fluidos en conductos
Introduccion:
Va a ser el proposito de este capitulo desarrollar las tecnicas que nos permitasn desarrollar Fh. Vamos a considerar flujos laminares y turbulentos, conductos con circular y no circular secciones cruzadas, situaciones complejas de tuberia, expansiones y contracciones.
Calor de friccion en fluido laminar:
Para un fluido laminar en un conductocircular horizontal tenemos:
Fig 1
Podemos tambien enseãr para un tubo vertical con pendiente
Fig 2
Calor de friccion en un flujo turbulento:
En un flujo turbulento tenemos un patron caotico que se enseña por el experimento de Reynolds. Podemos poner esta ecuación:
Fig 3
Donde Vz es la velocidad de fluctuación. La fluctiacion de la velocidad ayuda para parámetros como intensidad y escala deturbulencia.
Tipicamente para compoenetes que tienen un flujo de momento en una turbulencia se llaman stresses de Reynolds. Asi par poder calcular se usa:
Fig 4
Tambie podemos usarlo con el método de Buckingham usando dimesiones apropiadas y después resolviendolas.
Fig 5
Efecto de la rugosidad en un Tubo. El factor de correlacion en la friccion.
Para casos donde tienes tubos rugosos con fluidoturbulento un grupo adimensional se vuelve importante
Fig 6
Que es la rugosidad.
Flujos a traves de acoples o codos.
El fluido que pasa por estos acoples dara paso a una friccion que no se puede calcular entonces se usa otro concepto. Se utiliza el concepto que se tiene que sumar todas los radios (L/D) para todos los acoples presentes en el sistema. Esta suma es después multi;licada por eldiametro de la tuberia para obtener la longitud equivalente de lo que se le debe agregar a diametro de la tuberia.
Expansiones y compresiones
Puede existir calor por estos fenómenos y se calcula con una velocidad promedio del coeficiente de resistencia K
Fig 7
Generalmente se utiliza para tuberias pequeñas. Si el fluido es turbulento se utiliza
Fig 8
Calor circular en conductos nocirculares:Por ejemplo para flujos que son entre placas paralelas existe una dificultad por la complejidad de las matematicas obteniendo ecuaciones de Q.
Asi pues se define un nuevo termino Rh que es el radio de hidraulica.
Fig 9

Flujos Complejos:
Los fluidos Newtonianos en conductos son muy importantes para procesos quimicos y petrolificos.
Flujo alrededor de objetos:
Flujos alrededor de los objtoses una situación mas complicada que la conducción de un fluido. La primera ecuación propuesta fue:
Fig 10
Donde pi*R2 era el area proyectada de la seccion cruzada de la espfera y V la velocidad del aire.
Asi con un analisis dimensional y la ecuación ya corregida nos dio que es:
Fig 11
Donde la viscosidad y densidad de los fluidos, la velocidad y el diametro promedio de particula son lasvariables.
El comportamiento de Cd con particulas Reynolds el numero de particulas, discos, y cilindros se muestra abajo. Notese como las cruvas que aparecen paan a traves de unas regiones.
Cd es el coeficiente de arrastre.
Fig 12
Fig 13
El Cd y Rep se relacionan asi:
Fig 14
Donde b1 es una constante y la m es la potencia.
En la region donde Rep es menor que 2 encontramos un flujo que seconoce como al Ley de flujo de Stokes
Fig 15
Fluido a traves de camas empaquetadas
El flujo a traves de camas representa un proceso muy complejo. En escencia podemos visualizar las camas como una colección de tubos interconectados con varias secciones cruzadas. Esto hace que el proceso sea muy difícil.
Fig 16
Donde el resultado es la ecuación de ERGUN:
Fig 17
Que cubre tanto flujo laminar yturbulento
Fluidos No Newtonianos
Muchos fluidos importantes no obedecena las leyes newtonianas de viscosidad. Esto incluyen a las soluciones de polimeros, alimentos, pinturas, tintas y varias mezclas.
Esta enfoque utiliza el formato de la ley del poder.
Fig 18
Fig 19
Agitacion y Mezcla
Uno de las operaciones mas importantes en la industria es la agitación en sistemas de fluidos. Usando...