FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE FLUIDOS

GASTO O CAUDAL CAUDAL VOLUMÉTRICO: Caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto pude ser (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo : Q=A.V Q=Caudal A=Área de Sección V=Velocidad Media

GASTO O CAUDAL CAUDAL MÁSICO: Es la magnitud física que expresa la variación de la masa con respecto al tiempo en un área específica. = Caudal másico = Densidad en f(x) S=Área de sección V=Velocidad media

GASTO O CAUDAL Caudal Volumétrico: - S.I.=m3/s - Sistema Inglés = galones por minuto (gpm) Caudal másico: - S.I.= Kg/s - Sistema inglés= lb/s

MOVIMIENTO VARIADO Y FLUJO CONTINUO

MOVIMIENTO VARIADO Se realiza cuando en un tramo cambia de sección transversal, velocidad, presión o cualquier otra característica hidráulica. Si la variación se produce en una pequeña longitud, se dice que el movimiento es rápidamente variado(M.R.V) Se denomina movimiento gradualmente variado(M.G.V), a aquel en el que la variación de las características hidráulicas se produce suavemente, lentamente. De acá su nombre gradual

FLUJO CONTINUO

ENERGÍA Y CARGA

La energía se define como la capacidad para realizar trabajo. Tanto la energía como el trabajo se miden en kg-m,El trabajo resulta de aplicar una fuerza a lo largo de cierto recorrido (F*d). Las tres formas de energía que se deben considerar en relación con el flujo de fluidos se dan como: Energía cinética, energía de elevación y energía de presión.

ENERGIA Y ALTURA DE CARGA

LA ENERGÍA CINÉTICA Es la capacidad de una masa para realizar trabajo en virtud de su velocidad. Si en cualquier masa M, cada partícula individual tiene la misma velocidad V en m/seg. La energía cinetica de la masa será: 1/2MV^2 y como M=w/g EC=W.V^2/2g La expresión, V^2/2g, es de la forma(m/seg)^2/m/seg^2=m Por ende, representa una cantidad lineal expresada en metros (m). En otras palabras V^2/2g, es la altura a través de la cual debe caer un cuerpo en un vacío para adquirir la velocidad V.

LA ENERGÍA DE ELEVACIÓN Se manifiesta en un fluido en virtud de su posición o elevación respecto a algún plano escogido como nivel de referencia horizontal, cuando se considera en cuanto a la acción de la gravedad. Cualquier masa de peso W a una distancia Z por encima de un plano de referencia tendrá en cantidad de energía de elevación igual wZ, sin que importe si hay aire, agua o un vacío absoluto entre la masa y el plano de referencia.

La energía total (E): Es la suma de PE, KE y FE, es decir, E = W*z + W*V2/2g + W*p/γ En los problemas de mecánica de fluidos y de hidráulica es conveniente manejar la energía como carga, es decir cantidad de energía por unidad de peso del fluido. (J/N = m) Al expresar la energía total como altura de carga (H) obtenemos (dividiendo todos los términos por W): H = z + v2/2g + p/γ Donde z es la cota topográfica, a v2/2g se le llama altura de velocidad y p/γ es la altura de presión, todo en metros o pies.

ENERGÍA DE PRESIÓN

Se distingue fundamentalmente de la cinética y de la elevación, hasta el punto de que ninguna masa por sí misma, puede tener energía. Cualquier masa que posee energía de presión la adquirirá solo en virtud del contenido de otras masas que posean alguna forma de energía.

 Sea un depósito líquido del cual una tubería horizontal lleva una válvula cerrada, de modo que no haya flujo: Supóngase que el punto 1 representa una masa pequeña de líquido en la superficie y el punto 2 otra masa pequeña, opuesta a la línea central de la tubería. Supóngase también que el nivel de referencias pasa por el punto 2.

 En esta figura se ilustran las tres formas que puede tener un fluido:

 Se obtiene una solución práctica de la mayoría de los problemas de hidráulica considerando la corriente completa tubo de corriente simple, en una sección transversal dada, cuya velocidad promedio es V. la carga de presión y la de elevación se calculan, habitualmente, en la línea central del tubo de corriente. Así, la carga total en la sección transversal A del tubo de corriente es:

TEOREMA DE BERNOULLI: ECUACIÓN DE LA ENERGIA

TEOREMA Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica 1738.Daniel BernoulliHidrodinámica Expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.viscosidadrozamientoenergía Significa que para una línea de corriente la suma de energia cinética y la energía potencial es constante.

ECUACIÓN La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: 1. Energía Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. 2. Energía potencial o gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea. 3. Energía de presión: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA

Ea : Energía total por unidad de peso en la sección a. Eb : Energía total por unidad de peso en la sección b. Ea : Za + Pa/w +Va^2/2g + HA – HR - HL. Eb : Zb + Pb/w +Vb^2/2g. a b Donde: Z : Carga o energía potencial. Pa/w : Carga o energía de presión. Va^2/2g : Carga o energía cinética. HA : Ganancia de carga o energía. HR,HL : Perdidas de carga o energía. w : Peso específico del fluido.

PRINCIPIO DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA Ea = Eb Za + Pa/w +Va^2/2g + HA – HR - HL = Zb + Pb/w +Vb^2/2g Quedando así denotado la ecuación general de la energía

POTENCIA REQUERIDA POR BOMBAS

Las bombas son conocidas tradicionalmente como maquinas hidráulicas puesto que se utilizan para transformar energía mecánica proveniente de un motor en energía hidráulica, usualmente en forma de column agua. Su principal utilización es para elevar un liquido de una cota mas baja a una cota mas alta, a través de las presiones que ejercen las mismas. Pueden ser de succion positiva(Hs>0) o succion negativa(Hs<0) según este localizado el nivel de agua inicial por encima o por debajo del eje de la bomba respectivamente.

Succión positiva

Succión negativa

Tomando uno de los gráficos tenemos: Pu=yQHb; Pb=Pu/n En donde: Pu=potencia útil, la que efectivamente entrega la bomba al sistema. Pb=potencia de la bomba. n=eficiencia. Hb=altura de la bomba, energía que entrega la bomba(Hd altura dinámica) Q=caudal del liquido. Y=peso especifico del liquido.

POTENCIA SUMINISTRADA A MOTORES DE FLUIDO

DEFINICIÓN La energía transmitida por el fluido a un dispositivo mecánico, como a un motor de fluido o a una turbina, está representada en la ecuación general de la energía por el término Hr, que es una medida de la energía transmitida por cada unidad de peso de fluido al tiempo que pasa por el dispositivo. Encontramos la potencia transmitid multiplicando Hr por el caudal y el peso específico: Pr= Hr x γ x Q En la que Pr es la potencia transmitida por el fluido al motor.

EFICIENCIA MECÁNICA DE LOS MOTORES DE FLUIDO