MECÁNICA DE FLUIDOS Unidad II: Dinámica de cargas en tuberías UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Tecnología de la Industria Recinto Universitario Augusto C. Sandino MECÁNICA DE FLUIDOS Unidad II: Dinámica de cargas en tuberías Máster Alba V. Díaz Corrales & Ing. Donald Zelaya Estelí, Octubre 2017

OBJETIVOS Conocer los distintos comportamientos de los fluidos en las tuberías Conocer el manejo de los diagramas de Moody, ecuación de Darcy para los principales cálculos dinámicos en tuberías.

CONTENIDO Tuberías Materiales de construcción de tuberías Perdida de cargas en tuberías circulares debido a la fricción

TUBERIAS Son elementos de diferentes materiales que cumplen la función de permitir el transporte de fluidos (principalmente agua) en forma eficiente.

..\Video\Asi se Hace Asilofabrican Tuberias de Cobre.mp4 Las tuberías pueden clasificarse de acuerdo a varios criterios: método de fabricación y de acuerdo a los materiales de fabricación. MÉTODO DE FABRICACIÓN Sin costura Soldadura Longitudinal Soldadura Helicoidal 1 ..\Video\Asi se Hace Asilofabrican Tuberias de Cobre.mp4

TUBERIAS Soldadura Longitudinal Soldadura Helicoidal

PVC, hierro fundido, hormigón TUBERIAS Los materiales utilizados para fabricar tuberías son: PRFV, hierro fundido, latón, cobre, plomo, hormigón, polipropileno, polietileno, PVC. Uso doméstico Desagües Gas PRFV, PVC, PEAD, PP, Acero PVC, hierro fundido, hormigón Cobre, acero, PRFV Calefacción Energía Petroquímica Cobre, hierro fundido Acero, PRFV PRFV Tubería PEAD Acuaflex. Sistemas para Agua Potable en Polietileno de Alta Densidad, Acuaflex Pavco, con tecnología de punta para el suministro de agua potable en las etapas de conducción, redes y conexiones domiciliarias. La compañía proporciona uniones por termofusión o electrofusión. Los tubos de PRFV (poliéster reforzado con fibra de vidrio)

TUBERIAS d DIAMETRO INTERNO Es el diámetro de la parte interior de un tubo, tubería u otro objeto cilíndrico. Diámetro Interno

TUBERIAS DIAMETRO EXTERNO Es la distancia alrededor del exterior del tubo. Incluyendo el espesor del material. d Diámetro Externo

TUBERIAS – CONEXIONES Son dispositivos utilizados con el fin de unir, alargar y modificar la orientación de un sistema o red de tuberías ajustadas a sus características.

Las uniones y tuberías se clasifican según para alta y baja presión TUBERIAS – CONEXIONES Las uniones y tuberías se clasifican según para alta y baja presión 4000 Psi a 20000 Psi 500 Psi Altas presión Baja presión

Conexión rosca redonda External Upset (EUE) TUBERIAS - ESTILOS Conexión rosca redonda External Upset (EUE) Son tubos donde los espesores de la pared en las extremidades son mayores que en el centro.

TUBERIAS - ESTILOS

TUBERÍAS - ESTILOS REDUCCIÓN (BOTELLA) Es una tubería corta con diámetros diferentes en cada lado. Las roscas en las dos extremidades son macho. La función es conectar tuberías o mangueras de diámetros distintos.

Para dirigir o recibir el flujo de fluidos en diferentes direcciones. OTRAS CONEXIONES «Y» Para dirigir o recibir el flujo de fluidos en diferentes direcciones.

Suele usarse generalmente para separar o unir flujos OTRAS CONEXIONES «T» Suele usarse generalmente para separar o unir flujos

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Rozamiento entre dos cuerpos en contacto, uno de los cuales está inmóvil. Un fluido en movimiento ofrece una resistencia de fricción al flujo.

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN La magnitud de la pérdida de energía (pérdidas mayores) al interior de un conducto depende de: Las propiedades del fluido La velocidad de flujo Tamaño del conducto La rugosidad de la pared del conducto La longitud del conducto

Pérdida por Fricción El término hL, que corresponde a la energía perdida por el sistema debido a la fricción en el fluido en movimiento, se expresa a través de la ECUACION DE DARCY Donde: L: Longitud de la corriente de flujo D: Diámetro del conducto v: Velocidad de flujo promedio F: Factor de fricción

NÚMERO DE REYNOLDS – FLUJO LAMINAR O TURBULENTO Cuando un fluido fluye en capas de manera uniforme y regular, FLUJO LAMINAR Aumento de la velocidad de flujo se alcanza un punto en que el flujo ya no es ni uniforme ni regular, FLUJO TURBULENTO.

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN FLUJO LAMINAR La energía pérdida por fricción en un fluido en régimen laminar se calcula a través de la ecuación de Hagen-Poiseuille: Esta ecuación es valida para régimen laminar ( <2300)

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN FLUJO TURBULENTO En régimen de FLUJO TURBULENTO no se puede calcular el factor de fricción (f) como se hace con el flujo laminar, se debe determinar experimentalmente. El factor de fricción depende también de la rugosidad (ε) de las paredes del conducto:

RUGOSIDAD DE CONDUCTO – VALORES DE DISEÑO Material Rugosidad, ε (m) (pie) Vidrio, plástico Suavidad Cobre, latón, plomo (tubería) 1.5 * 10-6 5*10-6 Hierro fundido sin revestir 2.4 * 10-4 8 * 10-4 Hierro fundido revestido de asfalto 1.2 * 10-4 4 * 10-4 Acero comercial o acero soldado 4.6 * 10-5 1.5 * 10-4 Hierro forjado Acero remachado 1.8 * 10-3 6 * 10-3 Concreto 1.2 * 10-3 4 * 10-3

DIAGRAMA DE MOODY Se usa para determinar el valor del factor de fricción en un fluido turbulento. Se requiere: NR, diámetro de tubería y Rugosidad

DIAGRAMA DE MOODY

DIAGRAMA DE MOODY

Lectura del Diagrama DE MOODY

EJEMPLO 1 Determine la pérdida por fricción de energía si tenemos glicerina a 25°C fluyendo a 30 m a través de un conducto de 150 mm de diámetro con una velocidad promedio de 4.0 m/s.

EJEMPLO 2 Determine el factor de fricción si agua a 160°F está fluyendo a 30.0 pies/s en un conducto de hierro forjado no recubierto cuyo diámetro interior es de 1 pulg. 𝑁 𝑅 = 𝑣𝐷 𝜈

Ejercicio 1 Se tiene Benceno a 25°C fluyendo a razón de 20 m a través de un conducto de 250 mm de diámetro con una velocidad promedio 2.56 m/s. Determine la pérdida de energía.  

Ejercicio 2 Un conducto largo de acero de 6 pulg, calibre 40, descarga 0.085 m3/s de agua de un recipiente abierto a la atmósfera (T=25ºC), como se muestra en la figura. Calcule la pérdida de energía por fricción en el conducto. Figura ejercicio 4