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UNIDAD 2. SERVICIOS Y SUMINISTR
TUBERÍAS
ELABORADO POR: M.C. SARAY ROSALES
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FLUJO EN TUBERÍAS
FLUJO LAMINAR. SE CARACTERIZA POR SER UN FLUJO ORDENADO SE DESLIZA EL FLUJO COMO LAMINAS O CILINDROS ADYACCONCENTRICOS EN LOS CUALES NO E/ISTE EL EFECTO DEL MEZCLADO
FLUJO TURBULENTO. FLUJO DESORDENADO Y MEZCLADO.
LA MAYORÍA DE LOS FLUJOS 0UE SE ENCUENTRAN EN LA PRÁCTIC TURBULENTOS.
EL FLUJO LAMINAR SE ENCUENTRA CUANDO LOS FLUIDOS MUY VISCCOMO LOS ACEITES, FLUYEN EN PE0UE1AS TUBERÍAS O PASAJES ESTRE
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N3MERO DE REYNOLDS
LA TRANSICIÓN DE FLUJO LAMINAR A TURBULENTO DEPENDE DE:
• LA GEOMETRÍA
• RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE
• VELOCIDAD DEL FLUJO
• TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE
• TIPO DE FLUIDO
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• 4 VELOCIDAD DE FLUJO PROMEDIO EN 5-678
• D4 LONGITUD CARACTERÍSTICA DE LA GEOMETRÍA 5DIÁMETRO EN
• 44VISCOSIDAD CINEMÁTICA DEL FLUIDO 5-267 8.
• EL NUMERO DE REYNOLDS, EN DONDE EL FLUJO SE VUELVE TURBU
LLAMA N3MERO DE REYNOLDS CRÍTICO.
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•
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• PARA FLUJO A TRAV;S DE TUBERÍAS NO CIRCULARES, EL N3MERO D
REYNOLDS SE BASA EN EL DIÁMETRO IDRÁULICO
AC: ES EL ÁREA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA TUBERÍA
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FLUJO LAMINAR EN TUBERÍASCAÍDA DE PRESIÓN Y P;RDIDA DE CA
• LA CAÍDA DE PRESIÓN , ESTÁ DIRECTAMENTE RELACIONADO CON LNECESARIA PARA 0UE EL VENTILADOR O BOMBA MANTENGAN EL FLUJO.
• LA P;RDIDA DE CARGA , REPRESENTA LA ALTURA ADICIONAL 0UENECESITA PARA ELEVARSE POR MEDIO DE UNA BOMBA CON LA FISUPERAR LAS P;RDIDAS POR FRICCIÓN EN LA TUBERÍA.
LA RELACIÓN PARA LA P;RDIDA DE PRESIÓN 5Y P;RDIDA DE CARGA8 ES RELACIONES MÁS GENERALES, VALIDA PARA FLUJOS LAMINAR O T
TUBERÍAS CIRCULARES O NO>CIRCULARES Y TUBERÍAS CON SUPERFIC
RUGOSAS, ORIZONTALES O INCLINADAS.
•
L 2
P?!=%=# =
P?!=%=# = $#!
D
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• DONDE:
• : ES EL FACTOR DE FRICCIÓN DE DARCY
•
L ES LA LONGITUD DE UNA TUBERÍA• V LA VELOCIDAD
• D EL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA
• * LA GRAVEDAD
TUBERÍA CIRCULAR, LAMINAR.
•
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• CUANDO YA SE CONOCE LA P;RDIDA DE PRESIÓN 5O P;RDIDA DE C
POTENCIA DE BOMBEO NECESARIA PARA SUPERAR LA P;RDIDA DE
DETERMINA A PARTIR DE:
g
• DONDE
ES EL FLUJO VOLUM;TRICO
ES EL FLUJO DE MASA
TUBERÍA ORIZONTAL: 4
TUBERÍA INCLINADA:
•
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• ECUACIÓN DE ENERGÍA PARA FLUJO UNIDIMENSIONAL INCOESTACIONARIO EN T;RMINOS DE CARGAS:
•
D()=: 7 $#!*# '%& )'!*#=# #& u%=( 7 $#!*# = 'u!b%)# '!#"=# =& u%=( 7
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EN CONSECUENCIA LA CAÍDA DE PRESIÓN Y LA P;RDIDA DE PRESIÓ
TRAMO DE FLUJO DADO SON E0UIVALENTES SI 8 EL TRAMO DEORIZONTAL DE MODO 0UE NO E/ISTEN EFECTOS IDROSTÁTIGRAVEDAD 5H 28 EL FLUJO DE TRAMO NO INCLUYE ALG3N DISPOSPRODUZCA O CONSUMA TRABAJO COMO UNA BOMBA O TURBINAELLOS CAMBIAN LA PRESIÓN DEL FLUIDO 5 4
8 EL AREA DE SECCIÓN TRANSVERSAL DEL TRAMO DE FLUJO ES CONPOR LO TANTO, LA VELOCIDAD DE FLUJO PROMEDIO ES CONSTANTE
8 LOS PERFILES DE VELOCIDAD EN LAS SECCIONES Y 2 TIENENFORMA 5
•
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FLUJO LAMINAR EN TUBERÍAS NO CIRCULA
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FLUJO LAMINAR EN TUBOS HORIZONTALES E INCLINAD
• CONSIDERE EL FLUJO TOTALMENTE DESARROLLADO DE GLICERINAUN TUBO CIRCULAR DE SECCIÓN CIRCULAR DE - DE LONGITDE DIÁMETRO. SI LA VELOCIDAD DEL FLUJO EN EL EJE CENTRA
COMO -67, DETERMINE EL PERFIL DE VELOCIDADES Y LA DIFEPRESIÓN A LO LARGO DE ESTA SECCIÓN DE - DE LONGITUD DLA POTENCIA 3TIL DE BOMBEO NECESARIA PARA MANTENER EPARA EL MISMO APORTE DE POTENCIA 3TIL DE BOMBEO, DETAUMENTO PORCENTUAL DEL CAUDAL SI EL TUBO ESTÁ INCLINADOABAJO, Y LA DISMINUCIÓN PORCENTUAL SE ESTÁ INCLINADO ARRIBA. LA BOMBA ESTÁ UBICADA FUERA DE ESTÁ SECCIÓN DEL T
• PROPIEDADES:
•
&($%=#= -%-#.
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CAÍDA DE PRESIÓN Y PÉRDIDA DE CARGA EN UNA TUBE
• SE TIENE AGUA A KF 5= 62.42 lbm/ft3 Y 4 ./> &b-6'78 0UMANERA ESTACIONARIA A TRAV;S DE UNA TUBERÍA ORIZONTAL5. '8 DE DIÁMETRO Y ' DE LARGO CON UNA VELOCIDAD
DE '67. DETERMINE LA P;RDIDA DE CARGA, B8 LA CAÍDA DE PRLA NECESIDAD DE POTENCIA DE BOMBEO PARA SUPERAR ESTAPRESIÓN.
•
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FLUJO TURBULENTO EN TUBERÍDIAGRAMA DE MOODY
• EL FACTOR DE FRICCIÓN DE FLUJO EN TUBERÍA TURBULENTO TODESARROLLADO DEPENDE DEL N3MERO DE REYNOLDS Y LA RRELATIVA 0UE ES LA RAZÓN DE LA ALTURA MEDIA DE RUGOSID
TUBERÍA AL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA.
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FLUJO TURBULENTO EN TUBERÍ
ECUACIONES QUE MÁS SE APEGAN AL DIAGRAMA DE MOOD
TUBERÍA REGIMEN ECUACIÓN
LISA O RUGOSA LAMINAR POIS
LISA TURBULENTO BLAS
LISAS Y RUGOSAS TURBULENTO COLE
RUGOSA ALTAMENTE TURBULENTA
ARMPLAN
ECUACIONES QUE MÁS SE APEGAN AL DIAGRAMA DE MOOD
TUBERÍA REGIMEN ECUACIÓN
LISA O RUGOSA LAMINAR POIS
LISA TURBULENTO BLAS
LISAS Y RUGOSAS TURBULENTO COLE
RUGOSA ALTAMENTE TURBULENTA
ARMPLAN
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VALORES DE RUGOSIDAD EQUIVALENTES PARA TUBERÍAS
COMERCIALES NUEVASMa!"#a$ R%&'(#)a) * +,- R%&'(#)a)
+-
V%=!%(,
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TIPOS DE PROBLEMAS DE FLUJO DFLUIDOS
• EN EL DISE1O DE SISTEMAS DE TUBERÍA 0UE IMPLICAN UTILIZAR EL DIAGRAM5O LA ECUACIÓN DE COLEBROO8, USUALMENTE SURGEN TRES TIPOS DE PRO
• . DETERMINACIÓN DE LA CAÍDA DE PRESIÓN 5O P;RDIDA DE CARGA8: LONGITUD Y EL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA SE PROPORCIONAN PARA UNA RAZ5O VELOCIDAD8 ESPECÍFICA.
• 2. DETERMINACIÓN DE LA RAZÓN DE FLUJO: CUANDO LA LONGITUD Y EL D
LA TUBERÍA SE PROPORCIONAN PARA UNA CAIDA DE PRESIÓN 5O P;RDIDAESPECÍFICA.
• . DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA. CUANDO LA LONG TUBERÍA Y LA RAZÓN DE FLUJO SE PROPORCIONAN PARA UNA CAÍDA DE P;RDIDA DE CARGA ESPECÍFICA8.
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• PARA EVITAR ITERACIONES EN LA P;RDIDA DE CARGA, RAZÓN DCÁLCULOS DE DIÁMETRO, SE UTILIZAN LAS SIGUIENTES RELACISON PRECISAS ASTA 2 POR CIENTO DEL DIAGRAMA DE MOODY:
•
N'a: T(=#7 $#)'%=#=7 7() #=%-)7%()#&7 u)%=#=7 7 7%-
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DETERMINACIÓN DE LA P;RDIDA DE CARGA EN UNA TUBERÍA DE
• SE TIENE AGUA A KF 5 Y 8 0UE FLUYE DE MANERA ESTACIONA TUBERÍA ORIZONTAL DE 2 IN DE DIÁMETRO ECA DE ACERO INA UNA RAZÓN DE .2 '67. DETERMINE LA CAÍDA DE PRESIÓN, LDE CARGA Y LA POTENCIA DE BOMBEO NECESARIA PARA MANFLUJO EN UN TRAMO DE TUBERÍA DE 2 ' DE LARGO.
•
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DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DE UN DUCTO DE AIRE.
• SE DEBE TRANSPORTAR AIRE CALIENTE A ATM Y + KC EN CIRCULAR DE + - DE LARGO A UNA RAZÓN DE .+ -67. SI LDE CARGA EN LA TUBERÍA NO DEBE SUPERAR LOS 2 -, DET
DIÁMETRO MÍNIMO DEL DUCTO.
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PÉRDIDAS MENORES
• EL FLUIDO EN UN SISTEMA DE TUBERÍA TÍPICO PASA A TRAV;S UNIONES, VÁLVULAS, FLE/IONES, SALIDAS, ENSANCAMCONTRACCIONES ADEMÁS DE LOS TUBOS. DICOS COM5ACCESORIOS8 INTERRUMPEN EL SUAVE FLUJO DEL FLUIDO Y P;RDIDAS ADICIONALES DEBIDO AL FENÓMENO DE SEPARACIÓNDEL FLUJO 0UE PRODUCEN.
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• LAS P;RDIDAS MENORES SE E/PRESAN EN T;RMINOS DEL COEFIP;RDIDA L , 0UE SE DEFINE COMO:
COEFICIENTE DE P;RDIDA 5 L8:
DONDE ES LA P;RDIDA DE CARGA IRREVERSIBLE ADICIONAL EN EDE TUBERÍAS PROVOCADO POR LA INSERCIÓN DEL ACCESORIO, Y COMO .
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• LA P;RDIDA DE CARGA POR ACCESORIO SE DETERMINA A PARTIR D
ES EL COEFICIENTE DE P;RDIDA
ES LA PERDIDA DE CARGA IRREVERSIBLE ADICIONAL EN EL SISTEMAPROVOCADO POR LA INSERCIÓN DEL ACCESORIO.
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• P;RDIDA DE CARGA TOTAL 5GENERAL8:
4
DONDE:
% REPRESENTA CADA TRAMO DE TUBERÍA CON DIÁMETRO CONSTANTEACCESORIO 0UE PROVOCA UNA P;RDIDA MENOR.
P;RDIDA DE CARGA TOTAL 5D4CONSTANTE8
DONDE:
V ES LA VELOCIDAD DE FLUJO PROMEDIO A TRAV;S DE TODO EL SISTV4CONSTANTE PUES D4CONSTANTE8.
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• DONDE AY UN ENSANCAMIENTO REPENTINO SE APRO/IMA CON:
DONDE
A PE0UE1A Y A GRANDE SON LAS ÁREAS TRASVERSALES DE LAS TUB
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• UNA TUBERÍA ORIZONTAL DE AGUA DE $- DE DIÁMETRO SE GRADUALMENTE A UNA TUBERÍA DE $- DE DIÁMETRO. LAS PARESECCIÓN DE ENSANCAMIENTO TIENEN UN ÁNGULO DE K ORIZONTAL. LA VELOCIDAD Y PRESIÓN PROMEDIO DEL AGUA ANSECCIÓN DE ENSANCAMIENTO SON -67 Y + P#, RESPECT
DETERMINE LA P;RDIDA DE CARGA EN LA SECCIÓN DE ENSANCLA PRESIÓN EN LA TUBERÍA DE DIÁMETRO MÁS GRANDE.
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