Fluidomecánica – Cálculos básicos transporte de fluidos

CALCULO BÁSICO DEL FLUJO DE ENERGÍA NECESARIO, PARA TRANSPORTAR UN FLUIDO POR UN CONDUCTO A PRESIÓN.

Transportar un fluido por un conducto exige disponer de energía suficiente para vencer las pérdidas por fricción originadas en su movimiento, así como llegar al punto de descarga con el caudal, presión y altura requeridos.

Propiedades inherentes al fluido, Viscosidad Dinámica (?), Densidad (?), así como el Régimen de Transporte; Régimen Laminar (nº de Reynolds / Re) (Re < 2000), Régimen Turbulento (Re > 4000); las características del conducto, Longitud (L), Diámetro Interior (D), y Rugosidad Absoluta (?), influyen de forma determinante en el cálculo de este valor.

El Caudal (Q = m3/s), relacionado con la sección transversal interior, nos determina la Velocidad media (v = m/s), con la que el fluido se debe transportar.

El tipo de tubería empleada y el material constitutivo, nos informa acerca de la Rugosidad Absoluta, o imperfecciones internas del conducto, con las que se encuentra el fluido en su desplazamiento. La capa más cercana a esta superficie interna, denominada Capa Límite, es donde se originan los mayores esfuerzos cortantes, debidos a un mayor gradiente de velocidad y por lo tanto mayores pérdidas.

En la mayoría de los casos, los valores de velocidad nos llevan a números de Reynolds elevados, con transporte en regímenes altamente turbulentos, donde los valores de los Coeficientes de Fricción (f) se determinan con predominio de la Rugosidad Relativa. El cálculo se realiza con le Ecuación de Coolebrok-White, o utilizando el Diágrama de Moody.

Expresión de Coolebrok-White

Obtenido el Coeficiente de Fricción; en la expresión de Darcy-Weisbach, podemos calcular la Pérdida de Carga (hp = m) en metros de columna de fluido (Julios/Newton). Su significado está relacionado con la cantidad de energía que perdemos (J) por unidad de Peso de Fluido (N) que transportamos en el conducto.

Expresión de Darcy-Weisbach

Si multiplicamos este valor por la aceleración de la gravedad (g = m/s2), el valor obtenido representa la energía perdida (J) por unidad de masa transportada (kg). Ep = J/kg

Conocido el Caudal y a su vez el flujo másico (m = ?Q) (Kg/s), si realizamos el producto de este valor, por la energía pérdida por unidad de masa (hf.g) , encontramos la energía que necesitamos aportar al fluido por unidad de tiempo (Flujo de Energía), para poder superar las pérdidas originadas en su transporte, y obtener a la vez la caída de presión, a la altura de la sección de descarga.

Conclusión: Garantizar este flujo de energía, significaría instalar en la conducción una bomba que aporte en régimen permanente esta potencia al fluido que transportamos. Wp (J/s = wattios).

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