hidráulica de las conducciones

8/16/2019 Hidráulica de Las Conducciones

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HIDRÁULICA DE LASCONDUCCIONES

-Conducciones Cerradas “TUBERIAS”.

-Conducciones Abiertas

“CANALES”.

Ing. Manuel Vicente HERQUINIOARIAS


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DIFERENCIA ENTRE CONDUCCIONESCERRADAS Y ABIERTAS

CONDUCCIONES CERRADAS CONDUCCIONES ABIERTAS


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CONDUCCIONES CERRADAS

- E a!ua esta con"inado # a $resi%n.

- E "u&o se da $or di"erencia de $resiones.

Fuer'a de$resi%n.


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CONDUCCIONES ABIERTAS

- E a!ua tiene una su$er"icie en contacto con a at(os"era.

- E "u&o se da $or !ra)edad.


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Ecuaci%n de Ener!*a•

La ecuaci%n de ener!*a esta "or(uada $or a ecuaci%n deBernoui.

Peso esec!"co #el agua

Principios Fundamentales


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La ener!*a tota de "u&o en a secci%n con re"erencia a una *nea

base es a su(a de a ee)aci%n + de e&e centra de a tuber*a, aatura $ie'o(-trica # a atura de )eocidad /01!, donde es a

)eocidad (edia de "u&o.

2Co($araci%n de Conducci%n Cerrada # Abierta


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En un dia!ra(a si(iar $ara e "u&o en cana abierto, e "u&o es

$araeo # tiene una distribuci%n de )eocidades uni"or(e, a$endiente de cana es $e3ue4a. En este caso, a su$er"icie de

a!ua es a *nea de !radiente 5idr6uico, # a $ro"undidad de

a!ua corres$onde a a atura $ie'o(-trica.

2Co($araci%n de Conducci%n Cerrada # Abierta


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La ecuaci%n de continuidad es un baance de (asas 3ue estabece ai!uadad de !asto en todas as secciones de una )ena *3uida, siendo e

conducto a "rontera de -sta.

Q = caudal V = velocidad media del flujo

A = área de la sección transversal del flujo

Ecuaci%n de continuidad $ara una )ena *3uida7"uido inco($resibe8


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Ecuaci%n de cantidad de (o)i(iento

La ecuaci%n de cantidad de (o)i(iento ta(bi-n es a(ada de (o(entu(

o de i($uso

F = fuerza debida a la presión hidrostática

9 : coe"iciente de ;o(entu( o coe"iciente de Boussines3< : densidad de "uido

=V = variación de la velocidad entre dos puntos

En a $r6ctica 9 : >.?? $ara "u&o a(inar en tuber*as. 9: >.@> a >.@ $ara "u&o turbuento en tuber*as.En a (a#or*a de os casos $uede considerarse i!ua a a unidad.


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otencia idr6uica

Es e $roducto de a su(a de Bernoui $or e $eso de i3uido 3ue

circua $or unidad de tie($o

ot. de Bo(ba : ot. Saida ot. Entrada

ot de Turbina : ot entrada ot. saida

eso es$ec*"ico de a!ua


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Fu&o internoFu&o eterno

TUBERIASAIONES

EICULOS

SUB;ARINOS

Re#nods 7Re8

1?@@ 7Re8

LA;INAR

1?@@ 7Re8 ?G@@

TRANSICIHN

?G@@ 7Re8

TURBULENTO

FLUO DE FLUIDOS


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L*nea de Jradiente idr6uico

Si cooca(os dos $ie'%(etros en a secci%n > # 1K a $resi%n en cadasecci%n se estabece $or a atura de a!ua Y>, # Y1 $or enci(a de e&ecentra de a tuber*aK a *nea 3ue une estas aturas es conocida co(o*nea de !radiente 5idr6uico.


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• La fricción en e "uido en (o)i(iento es un co($onente

i($ortante de a $-rdida de ener!*a en un conducto. Es$ro$orciona a a ener!*a cin-tica de "u&o # a a reaci%non!itud0di6(etro de conducto.

• En a (a#or $arte de os siste(as de "u&o, a $-rdida de

ener!*a $ri(aria se debe a a "ricci%n de conducto.

-rdidas de Ener!*a % erdidas de car!a

-rdida de ener!*a


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Otras causas 3ue $roduce de $erdida de ener!*a son )6)uas,

codos, uniones, etc. a(adas $erdidas $or accesorios, son$e3ue4as en co($araci%n con as $erdidas causadas $or a"ricci%n, $or a 3ue se considera co(o pérdidas menores.

Otras "or(as de $-rdidas de car!a


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En os conductos cerrados, a Mnica ener!*a 3ue $uede$erderse $or "ricci%n, es a ener!*a de $resi%n, $ues a ener!*acin-tica $er(anece constante, #a 3ue e 6rea es constante # ecauda ta(bi-n, a ener!*a de $osici%n soo de$ende dedesni)e to$o!r6"ico.

$u%&ina

'o(&a)lu*o

+

,

La ener!*a $erdida es a su(a de h p = hf ha


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P T B gh gh gZ V p

gh gZ V p

++++=+++ 2

2

221

2

11

22 ρ ρ

En un siste(a se $ueden instaar dis$ositi)os 3ue entre!an

ener!*a co(o as bo(bas, o 3ue to(an ener!*a de siste(aco(o as turbinas, a ecuaci%n de a ener!*a en e siste(a ser6

22

2

22 gZ V p

++

ρ 1

2

11

2 gZ

V p++

ρ

$u%&ina

'o(&a

)lu*o

+

,h!

hb

-

P


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Cacuo de a -rdidas de car!a $or "ricci%n

dm

dQu

p−∆=

∆

ρ

Co(o a secci%n de tubo es constante # su $osici%n es 5ori'ontaK se

tiene

Los dos t-r(inos de se!undo (ie(bro de esta ecuaci%n se a!ru$anen un soo t-r(ino deno(inado $-rdidas de car!a $ro "ricci%n.

f f h p

dm

dQuh =

∆⇒−∆=

ρ


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Ecuaci%n de Darc# eisbac5

2

2V

D

l f h f =

Las )ariabes in"u#entes 3ue inter)ienen en e $roceso son

∆ p ca*da de $resi%n V )eocidad (edia de "u&o

ρ densidad de "uido µ )iscosidad de "uido

" di6(etro interno de conducto L on!itud de tra(o considerado

e ru!osidad de a tuber*a f "actor de "ricci%n

Estas )ariabes $ueden ser a!ru$adas en os si!uientes $ar6(etrosadi(ensionaes

70!8 % g

V

D

l f h f

2

2

= 7(8

=∆

D

e

D

l VD F

V

p,,

2 µ

ρ

ρ

=

∆ D

eVD f

D

l

V

p,

2 µ

ρ

ρ


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Conce$to de a ca$a i(ite

Dentro de a ca$a inte a(inar os es"uer'os )iscosos son intensos #

deter(inan un "uerte !radiente de )eocidades. En a 'ona de "u&o

eterior a a ca$a i(ite, as "uer'as de "ricci%n son des$reciabes debido

a desarroo de "u&o turbuento # se co($orta co(o un "u&o $er"ecto e

irrotaciona. Cuando e "u&o es $er(anente, son a$icabes en esta 'ona

as ecuaciones de Euer # a teor*a de "u&o $otencia.


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E es$esor de a ca$a i(ite es (as $e3ue4a cuanto (a#or es e nM(erode Re#nods. ara un nu(ero de Re#nods in"inito, 3ue corres$onde a un"uido idea sin )iscosidad, es e)idente 3ue e es$esor de a ca$a i(ite esnuo.

Conce$to de a ca$a i(ite

δ = espesor de la capa limite, dondeV1 = 0.99 V0


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NiuradseE Factor de "ricci%n f

Reai'o i($ortantes contribuciones 7Jotin!a>P18, obtu)o

resutados de "actor de "ricci%n f )ersus Re#nods Re, 5asta)aores Re: ? >@, $ara tubos isos obteniendo a si!uientee$resi%n

O bien


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Traba&o de Niuradse

Traba&a con Ru!osidades Arti"iciaes, ta(i'o arena en eaboratorio, ad5iriendo a a su$er"icie interna de tubo en"or(a aeatoriaK To(o con (uc5o criterio a co(binaci%n a

ru!osidad absouta e # e di6(etro D si!ni"icati)a(ente,estabeciendo seis )aores distintos de a ru!osidad reati)ae/D , en e inter)ao #$%& 5asta #$# '#(.


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Los resutados de os e$eri(entos deNiuradse se re$resenta en a !r6"ica


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Este dia!ra(a corrobora a reaci%nade(6s se obtu)ieron as concusiones

a8Cuando e Re#nods 1?@@ K es decir $ara "u&o a(inar, f de$endeecusi)a(ente de nM(ero de Re#nods Re # no de a ru!osidad detubo. La recta 3ue se $uede obser)ar en a 'ona i'3uierda de!r6"ico # a ree($a'ar en a ecuaci%n de Darc#isbac5, e "actor

de "ricci%n " de$ende Mnica(ente de a )eocidad (edia de "u&o.


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b8 A $artir de Re : 1 ?@@ se inicia a 'ona de transici%n de "u&o a(inara turbuento, sin $oder estabecer una e# !enera de )ariaci%n.

En esta 'ona f de$ende, tanto de Re co(o de ε $"


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c8 La 'ona turbuenta se inicia con di"erentes )aores de Re acorde a)aores de ε $") esto es $artir de Re V 1 ?@@, a5ora es de$endientede a ru!osidad de tubo


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d8 ara Re#nods !randes " es inde$endiente de Re#nods, )ariandoMnica(ente con a ru!osidad ε $".

Re($a'ando en a ecuaci%n de Darc# eisbac5 f de$ende decuadrado de a )eocidad.


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d8 La e)idencia e$eri(enta de Niuradse, )aido as "or(uaste%ricas 3ue obtu)ieron randt # on W6r(an, 3ue de"inen e"u&o turbuento en tubos 5idr6uica(ente isos e 5idr6uica(enteru!osos.

E )aor $ractico de os resutados de Niuradse tu)o i(itacionesdebido a 3ue era di"*ci correacionar a ru!osidad arti"iciauni"or(e, con e ti$o irre!uar # onduado de os tubos

co(erciaes.

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