Tabla de contenido

Tema: Capa limite- comportamiento de flujo en tuberías.............................................2

Introducción................................................................................................................ 2

Antecedentes...............................................................................................................2

Objetivo general......................................................................................................2

Régimen turbulento:.......................................................................................................4

Flujo hidráulicamente liso...........................................................................................4

Flujo hidráulicamente rugoso.....................................................................................5

Conclusión................................................................................................................6

Bibliografía......................................................................................................................7

Tema: Capa limite- comportamiento de flujo en tuberías

Introducción

A lo largo del tiempo desde su existencia por lo que ha buscado diferentes maneras

para facilitar o mejorar alguna actividad mediante un equipo o maquinaria, por lo cual

el hombre se ha propuesto a aprovechar todo tipo de fenómenos naturales tales como

el efecto de la capa limite que se produce por las fuerzas del aire y el agua.

Debido a ello el hombre está en una búsqueda continua de formas de

aprovechamiento de estas fenómenos que son manejables para el hombre que

mediante mejoramientos en los diseños de equipos que tanto aéreos como marítimos,

diseño de estructuras hidráulicas en el cual este fenómeno de la capa limite tiene

mucho que verlo cual lo beneficiara económicamente.

Antecedentes

El estudio de este fenómeno de la capa limite que se produce por las fuerzas de

arrastre del aire, agua han sido hasta nuestros uno de los descubrimientos más

notables en lo que se tiene que ver en la ingeniería naval, hidráulica, aerodinámica

entre otras, por el simple hecho de que gracias a este descubrimiento se ha podido

mejorar los diferentes medios de transporte aceros, marítimos lo cual es un gran

avance de la humanidad que se dio gracias a este descubrimiento.

Objetivo general

Analizar el efecto del aire y el agua que produce el fenómeno de la capa limite.

Marco teóricoEsta teoría fue impuesta por un investigador alemán Ludwig Prandtl quien descubrió

la teoría de la capa limite, la cual en un futuro hasta nuestros días es uno de los

descubrimientos más importantes de la humanidad para su desarrollo tecnológico que

continuamente traería en si un desarrollo económico, gracias a este importante

descubrimiento. Una de las implementaciones de esta teoría fue en la industria

aeronáutica, automotriz, ingeniería naval, hidráulica etc.

El agua y el aire son fluidos con poca viscosidad, debido a esto Prandtl dice que si un

cuerpo se mueve en el vacío o en el núcleo de un fluido no viscoso, entonces U=0,

debido a este suceso no habrá fuerzas resistentes que obstaculicen el paso del fluido

(Resistencia=0), entonces por consiguiente tampoco hay consumo de energía.

Por lo contrario esta esta teoría se contradice por el hecho de que si se realiza los

experimentos con un avión o un submarino las fuerzas resistentes que interactúan con

el agua y el aire serán muy considerables.

Por lo tanto la teoría de Prandtl asimila que los fluidos con poca viscosidad son fluidos

perfectos excepto en las paredes de los conductos de los conductos de fluidos en las

cuales hay concentración de fuerzas de fricción o rozamiento, turbulencias a las cuales

las denomino capa limite, que es una capa que esta próxima ala contorno, que es muy

delgada, en donde tiene lugar toda la distribución de las velocidades en la tubería,

desde su valor inicial en la parte superior hasta su valor final igual a cero que estará en

la pared en este caso el líquido actúa como no viscoso fuera de la capa limite.

Entonces,τ=µ dv /dy aunque la viscosidad sea mínima (u), el gradiente de velocidades (

dv /dy ) es muy grande debido a esto el esfuerzo cortante también será muy alto en la

pared.

Durante el experimento se comprueba que, el contacto con las paredes de una tubería,

siempre se genera una capa muy delgada en donde la capa limite es laminar, que es

denominada subcapa laminar, esto sucede al comenzar el movimiento del flujo,

debido a ello como la distribución de velocidades que se genera en las paredes es cero,

el número de Reynols también disminuirá hasta llegar a cero, de acuerdo a esto el

flujo al ir separándose de la pared el régimen del flujo es laminar hasta que el Reynols

aumenta y luego posteriormente cambia a régimen turbulento. Para ello es muy

importante tomar en cuenta la subcapa laminar

Grafico 1

En este caso el flujo turbulento junto al contorno solido se puede dividir en tres zonas

que son:

Lejos del contorno, el lujo ideal, está prácticamente sin fuerzas de rozamiento, en las

cercanidades de la pared se producirá la capa limite la cual también estará sometida a

esfuerzos cortantes, donde se producirán los fenómenos que son causados por la

viscosidad que son muy importantes, esta al igual que en el flujo laminar las

velocidades que se produce sobre la pared va a ser cero donde a distancias muy

pequeñas de la pared aparece una subcapa laminar.

Por lo tanto como el flujo puede variar dependiendo de tipo de flujo su espesor

dependerá del número de Reynols los cuales pueden medir algunas micras,

centímetros dependiendo de las circunstancias del flujo.

Régimen turbulento

Flujo hidráulicamente liso La rugosidad (K) está cubierta por la subcapa laminar¿). La rugosidad, por tanto, no

influye en el valor de f debido a que ningún punto de la pared estará afectado por las

turbulencias que producirían las rugosidades internas, dándose el comportamiento de

la tubería como un material liso.

Grafico 2

Grafico 3

Flujo hidráulicamente rugoso.En este caso si el espesor de la subcapa laminar ¿). es menor que la rugosidad

absoluta (K), las irregularidades internas de la conducción rebasan la subcapa

laminar, produciendo turbulencia completa. Cuanto mayor sea el número de

Reynolds, más delgada será la subcapa laminar y más puntos de la pared

sobresaldrán de ella. En este caso, las fuerzas de inercia son muy importantes y

apenas influyen las fuerzas viscosas, por lo que el factor de fricción sólo depende

de la rugosidad relativa y el número de Reynolds no tiene importancia en su

determinación.

Grafico 4

Grafico 5

Conclusión

De acuerdo a la investigación realizada podemos concluir que el efecto que produce el

fenómeno de la capa limite es muy importante para el desarrollo en la ingeniería

hidráulica debido a que de ello depende de la consistencia del material para un

determinado flujo ayudándonos a escoger la tubería adecuada para cada tipo de flujo,

lo cual ahorraría problemas de reparación de tuberías entre otros.

BibliografíaMcGhee, T. J. (1999). abastecimiento de agua y alcantarillado. colombia: Mc GraW Hill.

Saldarriaga, J. (2007). hidráulica de tuberías. Colombia: alfaomegacolobia.S.A.