2 fluidos y perdidas pag 180 lib 22

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Flujo de los fuidos nocompresibles

Flujo de los fuidoscompresibles


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Fluidos compresibles e

incompresibles Los fluidos incompresiblesfluidos incompresibles son aquellos enlos que el volumen permanece constante

independientemente de las fuerzas

aplicadas, mientras que los fluidosfluidoscompresiblescompresibles son aquellos cuyo volumen

puede cambiar cuando se les aplica una

fuerza.


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Los principios fsicos ms importantes en el

estudio del flujo de fluidos son:

el balance de materia "Ecuacin de continuidad",

el balance de enera !Ecuacin de ernoulli#, y el de cantidad de movimiento


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Ecuacin de continuidad

$ipo de fluido Lonitud del sistema de flujo

El tipo de tubera La cada de presin permitida ombas, accesorios, vlvulas que puedan conectar para

manejar las velocidades especficas

La temperatura, la presin y el ruido %e debe tener en cuenta que las tuberas de ran

dimetro producen baja velocidad y viceversa, tubos depeque&o dimetro altas velocidades.

Los factores que afectan la velocidad son:Los factores que afectan la velocidad son:


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ombear fluidos a randes distancias desde

los depsitos de almacenamiento 'asta lasunidades de proceso, produce una

importante cada de presin, tanto en las

tuberas como en las propias unidades.

Lueo es necesario el clculo de la potencia

para el bombeo y el dise&o del sistema de

tuberas.


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Restricciones de la ecuacin deBernoulli %olo es valida para fluidos incompresibles ()*(+

o tiene en cuenta dispositivos que areuen enera al

sistema -*

o 'ay transferencia de calor /* o 'ay perdidas por friccin ft*


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Ecuacin de Bernoulli


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Prdidas de energa debido a lafriccin hf


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Prdidas por friccin en ujoLaminarLa enera perdida por friccin en un fluido en r0imen laminar se calcula a trav0s

de la ecuacin de 1aen23oiseuille:

La ecuacin de 1aen23oiseuille es vlida para r0imen laminar 456 +7, y

como la ecuacin de 8arcyes vlida para todo r0imen de flujo, se cumple que:

2

32

D

vLhL

=

2

2

322 D

vLg

vDLfhL ==


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3or lo que se deduce que:

laminarflujo64

ReNf=

DvN s=Re


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Prdidas por friccin en ujo

TurbulentoEn r0imen de flujo turbulento no se puede calcular elno se puede calcular elfactor de friccinfactor de friccin4f7 como se 'izo con el flujo laminar,razn por la cual se debe determinare9perimentalmente.

El factor de friccin depende tambi0n de laruosidad 47de las paredes del conducto.


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Ecuaciones del factor defriccinEn la zona de completa turbulenciael valor de f no depende del

n;mero de 5eynolds 4slo depende de la ruosidad relativa 48


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La zona de transicin se encuentra entre la zona de completaturbulencia y la lnea que se identifica como conductos lisos. Elfactor de friccin para conductos lisos se calcula a partir de:

=51,2

log21 Re

10

fN

f

En la zona de transicin, el factor de friccin depende del n;mero de5eynolds y de la ruosidad relativa. >olebroo? encontr la siuientefrmula emprica:

+=

fNDf Re10

51,2)/(7,3

1log21


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El clculo directo del factor de friccin se puede realizar a trav0s de laecuacin e9plcita para el factor de friccin, desarrollada por 3. %(amee y

@. Aain 4)BCD7:

2

9,0

Re

10

74,5

)/(7,3

1log

25,0

+

=

ND

f

Esta ecuacin se aplica si: ) 6 8


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El diagrama de ood!


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Prdidas enoresJn m0todo com;n para determinar las p0rdidas de cara a trav0s de unaccesorio o fittin, es por medio del coeficiente de p0rdida KL4conocido

tambi0n como coeficiente de resistencia7

Las p0rdidas menores tambi0n se puedene9presar en t0rminos de la lonitudequivalente Le:

g2

vKh

2

LL

=

g2

v

D

Lf

g2

vKh

2e

2

LL =

=


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Prdidas enores" #ondiciones de ujode entrada

>uando un fluido pasa desde un estanque o depsito 'acia una

tubera, se eneran p0rdidas que dependen de la forma como seconecta la tubera al depsito 4condiciones de entrada7:


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#oe$ciente de prdida de entrada comofuncin del redondeo del borde deentrada


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Prdidas enores" #ondiciones de ujode salida

Jna p0rdida de cara 4la p0rdida de salida7 se produce cuando un

fluido pasa desde una tubera 'acia un depsito.
http://d/Cursos/MEC%C3%81NICA%20DE%20FLUIDOS/Presentaciones/Videos/V8_4.movhttp://d/Cursos/MEC%C3%81NICA%20DE%20FLUIDOS/Presentaciones/Videos/V8_4.mov


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Prdidas enores" #ontraccinrepentina o s%bita

La p0rdidas por friccin en una contraccin repentina estn dadas por:


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Prdidas enores" E&pansin repentinao s%bita

La p0rdidas por friccin en una e9pansin repentina estn dadas por:


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Prdidas enores" 'ifusores cnicoscomunes

El flujo a trav0s de un difusor es muy complicado y puede ser muy dependiente

de la razn de reas @+


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Prdidas enores" ()l*ulasLas vlvulas controlan el caudal por medio por medio de un mecanismo paraajustar el coeficiente de p0rdida lobal del sistema al valor deseado. @l abrir la

vlvula se reduce KL, produciendo el caudal deseado.


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+istema de lnea de tuberas enserie%i un sistema se arrela de manera tal que el fluido fluye a trav0s de una lnea

contnua sin ramificaciones, dic'o sistema se conoce como sistema en serie.$oda partcula de fluido que pasa por el sistema pasa a trav0s de cada una delas tuberas.

El caudal 4pero no la velocidad7 es el mismo en cada tubera, y la p0rdida decara desde el punto @ 'asta el punto es la suma de las p0rdidas de cara en

cada una de ellas:

321BA LLLL hhhh ++=

321 QQQ ==


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+istema de lnea de tuberas enparaleloEn este sistema en paralelo, una partcula de fluido que se desplaza desde @ 'asta

puede seuir cualquiera de las trayectorias disponibles, donde el caudal total es la

suma de los caudales en cada tubera

La p0rdida de cara entre @ y de cualquier partcula que se desplace entredic'os puntos es la misma, es decir, independientemente de la trayectoriaseuida:

321BA LLLL hhhh ===

321 QQQQ ++=


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Ejemplo

@ trav0s de una ca&era de acero comercialacero comercial

de D de dimetroD de dimetrofluye benceno a M>M>con

una velocidad promedio de )) pies


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Resolucin

3ropiedades del benceno: Nravedad especifica: ,B

Oiscosidad: ,) P ) 2Qlbm


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5uosidad relativa :


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144)(

= hpsiP

3)(pie

lbm=

pieh )(=

psiP 69,4144

4,629,002,12 =

=


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Los tipos m)s comunes deuniones de ca-eras son"

a7 con 'ilo 4roscadas7

b7 con flanes

c7 soldadas


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Fittings

%e construyen eneralmente en fundicin ris acero.

%e usan en ca&eras de ran tama&o y altas presiones, dondefrecuentemente deben desensamblarse las lneas para inspecciny mantenimiento.

Las uniones soldadas tienen ventajas sobre las anteriores, siempreque el soldado est0 bien 'ec'o 4ca&eras de acero, bronce yplstico7.

a. unir tramos de ca&eraI

b. cambiar la direccin del flujo 4codo7Ic. cambiar el dimetro de la ca&eraI

d. conectar distintas ramas 4t, cruz7I

e. cerrar la lnea.

'ttp:


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.ormas generales

). 8ebe tenerse siempre a mano el plano de la instalacin

+. Las ca&eras no deben ir peadas al suelo, tec'o ni murallas y

deben estar ms o menos separadas una de otras, para casos en

que 'aya que arrelarlas. Las ca&eras deben estar unidas con

abrazaderas sobre platina de metal en la muralla.

G. Es recomendable 'acer los cambios de direccin en nulo recto.

Los fittins de BM son ms baratos.

Q. Es conveniente dar una leve inclinacin a las ca&eras, para evitar

que se acumule lquido que favorece la corrosin, en caso devapores es ms fcil eliminar el vapor condensado, ya que de otra

manera pude disminuir la temperatura y el rea de intercambio.


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. >uando se trata de lquidos que tienden a cristalizar en el interior de

la tubera, 'ay que preocuparse que las ca&eras tenan latemperatura adecuada para evitar la cristalizacin 4se puede

colocar dos ca&eras de vapor junto a ella rodeando todo con

aislante o colocar la ca&era de lquido dentro de otra de vapor.

D. >onviene usar ca&eras de ran dimetro para las sustancias que

tienden a cristalizar y evitar las curvas pronunciadas.

C. 3ara conducir lejas alcalinas se usan canales abiertos con una

tapa o tuberas con tapa de reistro cada cierto trec'o porque las

ca&eras tienden a taparse.

H. Los desaRes deben ser instalados lo ms bajo posible, para

admitir equipos que est0n incluso bajo el piso.


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B. La acumulacin de aua o vapor condensado produce vibracin y ruido

4martillos de aua, olpes de ariete7 sobre todo en las lneas de vapor. El

lquido tiene enera en virtud de su masa y velocidad, si se cierra unavlvula esta enera no puede ser absorbida y en alunos casos llea a

romper los fittins. Es importante prevenir esto en el caso de las

ca&eras soldadas que se pueden desoldar. 3ara evitarlo 'ay que poner

trampas de vapor, que dejan salir el condensado pero no el vapor. La

trampa se saca debajo de la ca&era

). >uando se llevan fluidos fros y calientes 'ay que llevar la ca&era de

vapor sobre las lneas de fluidos fros. Lo mismo para salmueras

refrierantes.

)). %iempre 'ay que dejar bien visibles los terminales.

)+. >ada cierto trec'o en las ca&eras principales, conviene dejar siempreuna $ con una tapa tornillo.


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)G. En las lneas de vaco conviene cada cierto trec'o, dejar una $, de

modo de poder colocar un vacumetro para medir las fuas del

sistema.

)Q. %istema de distribucin de ca&eras:

a. %encillo: se saca directamente de la matriz una lnea o arranque y a' se

colocan los diferentes equipos o se conectan arranques secundarios. Eseconmico, pero slo se puede usar cuando 'ay poco equipo instalado, ya

que el ;ltimo equipo de la red recibe una alimentacin menor que los

primeros. 3or otra parte, si se ec'a a perder uno 'ay que cerrarlos todos.

b. 8oble: se sacan dos arranques de un punto de partida. =ejor distribucin del

anterior pero es ms caro


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). En el transporte de vapor las lneas se pueden dilatar. En el acero

la dilatacin es ,+ mm


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)C. 3ara suministrar aua a una planta y aseurarla se 'ace el

almacenamiento en un estanque elevado para darle enera

potencial.

)H. 8imetro econmico de una ca&era: %i es muy rande es

antieconmico, si es muy c'ico 'ay perdida de cara. 3ara fluidossimilares al aua, una velocidad razonable es +2 pies

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