UNIDAD 8 - FLUJO DE FLUIDO EN TUBERIAS 2015-II.pdf

7/24/2019 UNIDAD 8 - FLUJO DE FLUIDO EN TUBERIAS 2015-II.pdf

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MECANICA DE FLUIDOS

Flujo de Fluidos en Tuberas

Cdigo : 01433


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Flujo de Fluidos en Tuberas

OBJETIVO Entender el comportamiento de fluidos entuberas y el anlisis del flujo, calcular las perdidas asociadascon el flujo en tuberas y determinar la potencia de bombeo.

ALCANCE Adquirir criterios que se deben aplicar pararesolver los problemas planteados, sobre el presente tema.

CONTENIDO En este trabajo se desarrollaron los puntosque se sealan a continuacin.


3/34

CONTENIDO

Captulo I: Flujo de Fluidos en Tuberas?

Captulo II: Transporte de Fluidos

Capitulo III: Viscosidad

Capitulo IV: Energa

Capitulo V: Perfil de Velocidad

Capitulo VI: Velocidad Promedio Capitulo VII:Reynolds

Capitulo VIII:Caida de Presin

Capitulo IX: Potencia de Bombeo


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Flujo de Fluidos en Tuberas?

Todo lo que entra es igual a todo lo que sale!!!!!!!este principio

termodinmico; sostiene que la energa no se crea ni se destruyesolo se transforma en diversas formas.


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Transporte de Fluido

PARA LA COMBUSTION


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Una curva isoterma es unalnea que sobre un diagramarepresenta los valoressucesivos de las diversasvariables de un sistema enun proceso


PARA LA COMBUSTION


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2rs rea Succin (cm2)

Caudal (cm2) sVQ

e=8.06cm

s=6.84cm

e=0.38359cm2/sgT1=70O

C

i=35mm

i=55mm

le=49.8mm

ae=26mm

as=26mm

ls=35.7mm

alA rea (cm2)

s=0.38359cm2/sg h=37mm

38359.0Viscosidad (cm2/sg)200RPM (cm2/sg)

4

2

DA

AD

4


PARA LOS DIFERENTES SISTEMAS


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Una bomba transfiere energa mecnica a un fluidocuando

aumenta su presin

Una turbina extrae esa energa cuando hace bajar su presin


SISTEMA DE LUBRICACION


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SISTEMA DE REFRIGERACION


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Caldera

Intercambiador de calor

Bombas, calderas, turbinas a gas de motor de un helicptero,

compresores, condensadores, vlvulas.


SISTEMA DE REFRIGERACION


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Viscosidad

QUE ES?Atraccin molecular muy fuerte

saleentrasistem EEE

sistemE t

saleentrasistem WQE saleentrasistem QWE


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Energa

FORMAS COMO SE EXPRESA


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Energa

COMO SE PRESENTA?Realizando un trabajo o mediante un cambio de temperatura

saleentrasistem EEE

sistemE t

saleentrasistem QWE saleentrasistem WQE saleentrasistem QWE


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ECUACION DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON

Esfuerzo

Newtoniano de

Cortante

Tasa de Deformacino Espesor de Fluido

Gradiente de deformacin es lineal.pero puede tener otras formas

Perfil de Velocidad

Esfuerzo Cortante

Constante de

Proporcionalidad

A

F


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Viscosidad Dinmica- Absoluta

Viscosidad Cinemtica

Perfil de Velocidad


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La Velocidad Promedio

CUAL ES?Segn el principio de conservacin de masa es:

dAmA

)(

CTEmsist

RA

2

A

dA

Vm Aprom

)(

)2(

)2)((

2R

drr

Vm Aprom

A

prom drr

R

Vm ))((2

2

AVm


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Osborne Reynolds

DE ACUERDO A SU VELOCIDADEl cambio de flujo depende de factores como: la velocidad, la

rugosidad y temperatura de la superficie, el tipo de fluido y lageometra entre otros. En 1880, O. Reynolds descubri que elrgimen del flujo depende principalmente de la razn de fuerzasinerciales a fuerzas viscosasen el fluido. Es ADIMENSIONAL

hpromhprom

DV

v

DVRe

v

VISCOCIDAD CINEMATICA

Re Mayores F. Inerciales proporcional con ladensidad y al cuadrado de la velocidadRe Menores F. Viscosas son grandes


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Osborne Reynolds

POR SU DIAMETRO HIDRAULICOLas tuberas de seccin circular resisten grandes diferencias de

presin entre el exterior y el interior sin distorsin

p

ADh

4


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Flujo en TuberasEjercicioDetermine si el flujo es laminar o turbulento si fluye gasolina a 25OC en

una tubera cuyo dimetro interior es de 150mm. La velocidad promediodel flujo es de 3.6m/sg

1

3

1087.2

)15.0)(6.3)(680(Re

msg

m

ft

slug

VDRe

708


20/34

Flujo en TuberasEjercicioUna tubera de =4pulg conduce 0.20 ft3/sg de glicerina (sg = 1.26) a 100F. .El flujo es laminar o turbulento?.

AVQ

)12

1(0.4

in

ftinD

3105.7

)94.1)(333.0)(29.2(

Re

ftsg

ft

49.2

VDRe

4/)0.4(

)20.0(

2

3

insg

ft

V

2

2

144ftin

sgft29.2

ft333.0


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Cada de Presin y de Carga

CAUSA POcasionada por efectos viscosos, las tuberas de seccin circular

resisten grandes diferencias de presin entre el exterior y elinterior sin distorsin

2

2

12

promV

D

LfPPP

Factor de friccin de Darcy

2

8

promVf

Tubera Circular laminar

2

64

promDVf

Re

64

Las perdidas de carga se expresan en altura de la columna de fluido

ghP g

VDLf

gPh

promLL

2

2

La altura adicional que el fluido necesita para elevarse por medio deuna bomba con la finalidad de superar las prdidas por friccin en la

tubera

Perdida de Carga

Perdida de Presin


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Potencia de Bombeo

DEFINICIONLa potencia de bombeo necesaria para superar la prdida de carga

se determina a partir

LLLbomba ghmghVPVW

Para tuberas horizontalesL

PR

L

DPP

L

RPPVprom

3232

)(

8

)( 22212

21

L

DgLSenPVprom

32

)( 2Velocidad Promedio

Potencia de Bombeo

L

DP

L

DPPR

L

RPPAVV prom

128128

)()(

8

)( 442122

21

Ley de Poiseuille

L

DgLSenPAVV prom

128

)( 4

Flujo Volumtrico

TUBERIAS INCLINADAS

La fuerza adicional es el componente del peso del fluido en ladireccin del flujo


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Flujo en TuberasEjercicioPor una tubera de =5cm y =40m fluye petrleo a 20C (=888 kg/m3

y =0.800 kg/msg) de manera estacionaria. La presin a la entrada y lasalida de la tubera se mide en 745 y 97 kPa, respectivamente.Determine la razn de flujode petrleo a travs de la tubera si sesupone que la tubera est a) horizontal, b) inclinada 15hacia arriba, c)inclinada 15hacia abajo. Tambin verifique que el flujo a travs de latubera es laminar.

4/2

DA

12 PPP

Flujo estacionario entonces incompresibleEl tramo no incluye bombas, codos, vlvulas, uniones

kPaP 64897745

22 001963.04/)05.0( mA

)40)(800.0(128

)05.0()648( 4

VkPa

Nm

1

1000 2

N

sgmkg

1

/1 2

L

DgLSenPAVV pr om

128

)( 4

sgmV /00311.0 3


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Flujo en TuberasEjercicio

A

VVprom

)/800.0(

)05.0)(/80.1)(/888(Re

3

sgmkg

msgmmkg

2

2

1

/1

mPa

sgmkg

Para Flujo con Angulo de 15 positivo

)40)(/800.0(128

)05.0(15)40)(/81.9)(/888(1648000( 423

msmkgSenmsgmmkgPaV

sgmV /00267.0 3

Para Flujo con Angulo de -15 negativo

Se debe elegir la mas alta de las tasas de flujo

2

3

001963.0

/00354.0

m

sgm

sg

m80.1

100


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Flujo en TuberasEjercicioPor una tubera de =0.5in y 120 ft de largo fluye petrleo a 80F (=56.8

lbm/ft3y =0.0278 lbm/ft de manera estacionaria. Durante el flujo, lapresin en la entrada y salida de la tubera se mide en 120 y 14 psi,

respectivamente. Determine la razn de flujo del petrleo a travs de latubera, si se supone que la tubera est a) horizontal, b) inclinada 20hacia arriba y c) inclinada 20hacia abajo.

4/2DA 12 PPP

Flujo estacionario entonces incompresible

No incluye bombas, codos, vlvulas, uniones

L

DgLSenPV

128

)( 4

psi

ftlbf

1

/144 2

lbf

sgftlbm

1

/2.32 2

psiP 10614120

22 001364.04/)12/5.0( ftftinA

)120)(/0278.0(128

)12/5.0()106( 4

ftsgftlbm

ftpsiV

En posicin Horizontal Angulo=CERO


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Flujo en TuberasEjercicio

2/144

1ftlbf

psi2/2.32

1sgftlbm

lbf

20)120)(2.32)(8.56(23 Senft

sgft

ftlbmgLSen

)120)(/0278.0(128

)12/5.0()2.16106( 4

ftsgftlbm

ftpsiV

En posicin con Angulo=20

psigLSen 2.16

psi

ftlbf

1

/144 2

lbf

sgftlbm

1

/2.32 2

sgftV /00923.0 3

En posicin con Angulo=-20

En ratio

sgftV /0126.0 3

A

VV

2

3

001364.0

/126.0

ft

sgft sgft/24.9

VDRe

sgftlbm

ftsg

ft

ft

lbm

/0278.0

)12

5.0)(24.9)(8.56(

3

787


27/34

Flujo en TuberasEjercicioSe tiene agua a 10C (=999.7kg/m3y =1.307x10-3kg/m s) que fluye de

manera estable en una tubera de =0.20cm y 15 m de largo a unavelocidad promedio de 1.2 m/s. Determine: a) la cada de presin, b) laprdida de carga y c) la necesidad de potencia de bombeo para superaresta cada de presin. Respuestas: a) 188 kPa, b) 19.2 m, c) 0.71 W.

4/2DA 12 PPP



L

DgLSenPV

128

)( 4

psi

ftlbf

1

/144 2

lbf

sgftlbm

1

/2.32 2

psiP 10614120

22 001364.04/)12/5.0( ftftinA

)120)(/0278.0(128

)12/5.0()106( 4

ftsgftlbm

ftpsiV



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Flujo en TuberasEjercicioSe tiene agua a m, c) 0.71 W.



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Flujo en TuberasEjercicioPor una tubera de =40cm fluye petrleo a una velocidad promedio de 0.5

m/s con =894 kg/m3 y =2.33 kg/ms. Una seccin de 300m de largo deloleoducto pasa a travs de las aguas congeladas de un lago 0C. Sinconsiderar los efectos de entrada, determine la potencia de bombeorequerida para superar las prdidas de presin y para mantener el flujode petrleo en la tubera

AVV

12 PPP



VDRe

psi

ftlbf

1

/144 2

lbf

sgftlbm

1

/2.32 2

psiP 10614120

22 001364.04/)12/5.0( ftftinA

4

)4.0()5.0(

2m

sg

mV


sg

m3

0628.0

sgm

kg

msg

m

m

kg

33.2

)4.0)(5.0)(94.8(

Re3

7.76

Fl j T b


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Flujo en TuberasEjercicioPor una tubera de = 0.12 in ( 0.010 ft) y 30 ft de largo, fluye agua de

manera estacionaria a 40F (=62.42 lbm/ft3 y =1.038 103 lbm/ft s)en una tubera horizontal con una velocidad promedio de 3.0 ft/s

Determine a) la prdida de carga, b) la cada de presin y c) la necesidadde potencia de bombeo para superar esta cada de presin

AVV

Re/64f



VDRe

psi

ftlbf

1

/144 2

lbf

sgftlbm

1

/2.32 2

1803

64

Re

64f

2

2

/2.32(2

)/3(

01.0

)30()0355.0(

sgft

sgft

ft

fthL

sgft

lbm

ftsg

ft

ft

lbm

3

3

10038.1

)01.0)(3)(42.6(

Re

Despreciar los efectos de entrada

g

V

D

Lfh

prom

L2

2

1803

0355.0

ft9.14

2

2

prom

L

V

D

LfPP

PVWbomba

sg

ftlbfW

737.01

Fl j T b


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Flujo en TuberasEjercicioTubera horizontal y de seccin constante, las perdidas son por friccin

4/)01.0()3( 2

ftsg

ft

V

2

)3)(42.62(

01.0

30)0355.0(

23sg

ft

ft

lbm

ft

ftPL

W30.0

)

2.32

1(

2sg

ftlbm

lbf

psiftlbfPL 45.6/929 2

Flujo Volumtrico y potencia de bombeo

sgft /000236.0 3

)929)(000236.0(2

3

ft

lbf

sg

ftPVWbomba

sg

ftlbf

W

737.0

1

A t E ti


32/34

Aspectos Energticos


33/34

Bibliografa

E


34/34

Energa

FORMAS COMO SE PRESENTA

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