FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE FLUIDOS

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En este tema, el más extenso del bloque, se analiza el flujo de un fluido por un conducto, por lo que se estudian las pérdidas de carga continuas y locales, aprendiendo a utilizar el ábaco de Moody, lo cual se tratado previamente con mayor énfasis en los informes posteriores.

Como futuros ingenieros civiles nos compete el tema con gran relevancia, a pesar de los tantos programas que hoy se ven, pues somos nosotros los encargados del cálculo y ejecución de los proyectos de desarrollo de la población, por lo cual nos enfocamos en explicar detalladamente el comportamiento del flujo de fluidos.

El objetivo de este presente informe es explicar, argumentar y sobre todo llegar de una manera especial al lector para aumentar su conocimiento y a la vez abrirle campo en los conceptos básicos sobre la ingeniería hidráulica, dando a conocer los principios fundamentales que rigen el flujo de fluidos.

- MARCO TEÓRICO

- FLUJO DE FLUIDOS

El flujo de los fluidos puede ser permanente o no permanente, uniforme o no uniforme, laminar o turbulento.

Verdaderamente, el flujo unidimensional de un flujo incomprensible tiene lugar cuando el módulo, dirección y sentido de la velocidad en todos los puntos son idénticos. No obstante, el análisis como flujo unidimensional es aceptable cuando se toma como única dimensión la línea de corriente central del flujo y pueden considerarse como despreciables las variaciones de las velocidades y aceleraciones en dirección normal a dicha línea de corriente.

Un flujo bidimensional tiene lugar cuando las partículas se mueven en planos o en planos paralelos de forma que la configuración de las líneas de corriente es idéntica en cada plano.

Para un fluido ideal en que no existen cortantes no pueden transmitirse pares y no tienen lugar movimientos rotacionales de las partículas fluidas alrededor de su propio centro de gravedad.

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- FLUJO PERMANENTE

El flujo permanente tiene lugar cuando, en un punto cualquiera, la velocidad de las sucesivas partículas que ocupan ese punto en los sucesivos instantes es la misma, por lo tanto, la velocidad es constante respecto al tiempo.

En la mayoría de los problemas técnicos prácticos implican condiciones permanentes. Estos flujos pueden ser uniformes y no uniformes.

Un flujo no es permanente cuando las condiciones en un punto cualquiera del fluido varían con el tiempo.

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- FLUJO UNIFORME

El flujo de líquidos bajo presión a través de tuberías de diámetro constante y gran longitud es el denominado flujo uniforme.

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El flujo uniforme tiene lugar cuando el El flujo es no uniforme la

Modulo, la dirección y el sentido de la velocidad, la profundidad, la presión,

Velocidad no varían de un punto a otro etc., varían de un punto a otro en la

Del fluido (δv/ δs = 0) región del flujo (δs ≠ 0)

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LÍNEAS DE CORRIENTE

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Las líneas de corriente son curvas imaginarias dibujadas a través de un flujo en movimiento y que indican la dirección de este en los diversos puntos del flujo de fluido.

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La tangente es un punto de la curva representa la dirección instantánea de la velocidad de las partículas fluidos en dicho punto.

- TUBOS DE CORRIENTE

Un tubo de corriente está constituido por una región parcial de flujo fluido delimitada por líneas de corriente. Si la sección recta del tubo de corriente es suficientemente pequeña, la velocidad en el punto medio de una sección cualquiera puede considerarse como la velocidad media en dicha sección.

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- ECUACION DE CONTINUIDAD

La ecuación de continuidad es una consecuencia del principio de conservación de la masa para un flujo permanente, la masa de fluido que atraviesa cualquier sección de una corriente de fluido, por unidad de tiempo, es constante. Esta puede calcularse como sigue:

P1A1V1=P2A2V2=contante (1)

y1 A1V1 = y2A2V2 (en kp/s o N/s) (2)

Para fluidos incomprensibles y para todos los fluidos en que y1 = y2, la ecuación se transforma en:

Q=A1V1 =A2V2=Constante (en m 3/s) (3)

Donde A1 y V1 son, respectivamente el are, el área dela sección recta en m3 y la velocidad media de la corriente en m/s. El caudal se mide generalmente en m3/s o bien l/min

La ecuación de continuidad para un flujo permanente incomprensible bidimensional es:

An1V1 = An2 = An3V3 = Constante (4)

- RED DE CORRIENTE

Las redes de corriente se dibujan para representar la configuración del flujo en caso de flujos bidimensionales y en algunos casos también en tridimensionales. La red de corriente está formada por.

- Una familia de líneas de corrientes espaciadas de tal forma que el caudal Q es el mismo entre cada dos pares de líneas.

- Cuando se obtenido la red de corriente para una forma de los contornos que limitan el flujo, dicha red puede utilizarse para todos los flujos y rotacionales en tanto que los contornos sean geométricamente semejantes.

- ENERGIA Y ALTURA DE CARGA

La energía se define como la capacidad para realizar trabajo. El trabajo resulta al aplicar una fuerza a lo largo de cierto recorrido y, por lo general, se define como el producto de una fuerza por la longitud del recorrido en la dirección de aplicación. Los fluidos en movimiento poseen energía. En los problemas de flujo de fluidos, la energía aparece en