4_diseño tuberias rugosas

Docente: María Alejandra Caicedo Londoño

DISEÑO DE TUBERÍAS

RUGOSAS

Hidráulica I

Tipos de flujo y su velocidad

Diseño de tuberías rugosas

Cuando se observa cuidadosamente los movimientos de varios fluidos reales, sedistinguen dos tipos fundamentales de diferentes movimientos: Flujo laminar yFlujo turbulento.

Capa laminar viscosa

Diseño de tuberías rugosas Hidráulica I

0

* V

La velocidad de corte será la que se produce en

la pared de la tuberías (capa laminar viscosa)

La capa laminar viscosa es la que permite

establecer la diferencia en el

comportamiento del flujo tanto para tuberías

lisas como para las rugosas

*

' 6,11

V



Del análisis de resultados obtuvo la gráfica en la que

definia el comportamiento de las pérdidas de presión

por unidad de longitud con respecto a la velocidad

0

* V



La capa laminar viscosa es la que permite

establecer la diferencia en el

comportamiento del flujo tanto para tuberías

lisas como para las rugosas

*

' 6,11

V


Distribución de velocidades en tuberías

circulares. Flujo turbulento

Zona Transición : **

705V

yV

Se produce a medida quelas fuerzas viscosas pierdenimportancia frente a lasfuerzas inerciales

1

*

ln Cyk

l

V

Vx

Presenta una distribuciónlogarítmica que dependede la rugosidad de lapared de la tubería




Zona transición - turbulenta : Para tuberías hidráulicamente lisas

47.5ln4.0

1

*

yV

V

Vx




Zona transición-turbulento: Para tuberías hidráulicamente Rugosos

48.8ln4.0

1

*

s

x

k

y

V

V

En caso de tuberías hidráulicamente rugosas, se presenta un desplazamiento ΔB



circulares. Flujo turbulento desarrollado

Zona Turbulenta : Existe una división de conceptos donde algunos autoresdemuestran que el comportamiento es muy similar al de la zona transición(logarítmica), mientras que otros insisten en que se define como potencial

mediavelocidadV

r

y

V

V

x

x

x

n

:

0

000.10

7

1 eRsin

Al aumentar el número de Reynolds ; nempieza a disminuir y es lo que seconoce como la LEY DE POTENCIA 1/7


Ejemplo 1


Tipos de flujo y su velocidad

El concepto de pérdida de carga,línea de energía y líneapiezométrica se puede deducir sise considera una tubería desección variable. Aplicando laecuación de la línea de energíaen la sección 1 y 2 se obtiene


Fórmula de pérdidas

Teóricamente existen tres formas diferentes para calcular las pérdidas de cargaen las tuberías:

• Hazen-Williams (H-W)• Darcy-Weisbach (D-W)• Chezy-Manning (C-M)

Para flujo a presión en tuberías comercialmente se utiliza Darcy-Weisbach

La elección de la ecuación de pérdidas supone un coeficiente de rugosidad diferente en las tuberías en función del autor y el régimen de flujo


Pérdida de carga en tuberías

Resulta inevitable que en las conducciones de agua aparezcan pérdidas de energía

Esas pérdidas se clasifican, según la causa que las provoca, en

• Pérdidas por fricción en tuberías (m.c.a.)• Pérdidas localizadas, o menores (m.c.a.)


Pérdidas por fricción en tuberías

Aparecen como consecuencia del rozamiento viscoso (esfuerzo cortante) delfluido con las paredes de la tubería

Dependen del tipo de fluido, la velocidad de circulación, las dimensiones de latubería y las paredes de la conducción, entre otros



Ecuación de Darcy-Weisbach

Ecuación de resistencia más general para el diseño de tuberías circulares. Seobtiene de las Leyes físicas del movimiento de Newton.

Expresada en función del caudal:

g

V

D

Lfh f

2

2

2

52

8Q

gD

f

L

h f

Donde:L: longitud de la tubería, en mD: diámetro interior de la tubería, en mQ: caudal circulante, en m3/sƒ: factor de fricción, adimensional

2

08

Vf



Ecuación de Darcy-Weisbach. Número de Reynolds

La manera de calcular el valor del factor de fricción f dependerá del régimenen el que se encuentre en flujo

Para régimen laminar se utiliza la fórmula de Poiseuille, que depende delnúmero de Reynolds:

Re

64f




Para régimen turbulento pueden presentarse tuberías Hidráulicamente lisas e Hidráulicamente rugosas. La ecuación de Blasius funciona para tuberías hidráulicamente lisas

Fórmula de Blasius25,0Re

316,0f

410Re5000

D

krugosidaddeeCoeficientk

k

s

s

:

305,0 '




Para régimen turbulento se puede utilizar la fórmula de Colebrook-White (combinando las fórmulas de tuberías lisas y rugosas), o bien la de Swamee-Jain (introduciendo siempre la rugosidad y el diámetro en las mismas unidades):

Fórmula de Colebrook-White

fD

k

f

s

Re

51,2

7,3log2

110




La expresión matemática de Swamee-Jane (a diferencia de la de Colebrook-White) no precisa iteraciones para calcular f:

Fórmula de Swamee-Jain

2

9,010Re

74,5

7,3log

25,0

D

kf

s

8104000 Rey para:26 1010 skPara:


Ejemplo 2

Si en una tubería de 150 mm de diámetro a través de la cual fluye agua a15°C, se mide una pérdida de altura de 8 m a lo largo de una longitud de 760metros, calcular el esfuerzo cortante en la pared de la tubería.Adicionalmente calcular el factor de fricción y la velocidad media en latubería.

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