8/18/2019 Fluidos en conductos abiertos y cerrados

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FLUIDOS EN CONDUCTOS ABIERTOS Y CERRADOS

En Mecánica de Fluidos, cuando hablamos de conductos abiertosgeneralmente nos referimos a canales mientras que cuando nos referimos aconductos cerrados usualmente nos referimos a tuberías. Según Chow Ven

e !"##$% El &u'o en canal abierto debe tener una su(er)cie libre, en tantoque el &u'o en tubería no la tiene, debido a que en este caso el agua debellenar com(letamente el conducto, idea que concuerda con *ocha Felices!+ -% quien nos dice que el canal tiene una su(er)cie libre que está encontacto con la atm sfera mientras que en una tubería el líquido estácon)nado (or ser este un conducto cerrado.

Si bien /sta es la (rinci(al diferencia entre &u'os en conductos abiertos 0cerrados, e1isten otras que serán detalladas a continuaci n.

Según lo e1(licado (or Chow Ven e !"##$% una su(er)cie libre estásometida a la (resi n atmosf/rica mientras que el &u'o en tubería, al estarcon)nado en un conducto cerrado, no está sometido a la (resi natmosf/rica de manera directa, sino s lo a la (resi n hidráulica. Si bienChow nos habla solo sobre &u'os de agua, *ocha Felices !+ -% nos aclaraque en los canales (or lo general el &u'o es agua, en cambio en las tuberías(uede tratarse de cualquier &uido !líquido o gaseoso%.

*es(ecto a la forma de los conductos *ocha Felices !+ -% nos e1(lica queen el caso de tuberías la forma más común es la circular, (ero no es laúnica (ues e1isten tuberías de secci n cuadrada, rectangular, etc.2 0 en elcaso de conductos abiertos Chow Van e nos dice que estos (ueden ser de

cualquier forma, desde circular hasta las formas irregulares de las corrientesnaturales ra3 n (or la cual las condiciones físicas de los canales abiertos4arían muchos más que las de tuberías.

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*ocha !+ -% a)rma que otra de las diferenciasentre ambos conductos está en la calidad de(aredes2 es decir en el grado de rugosidad delcontorno 0 que (or lo general se (uede decir quelos (roblemas en canales son más com(le'os quelos (roblemas en tuberías, a)rmaci n que ChowVan e e1(lica en forma más detalladaargumentando que la rugosidad de un canalabierto 4aría con la (osici n de la su(er)cielibre, im(licando esto que la selecci n de loscoe)cientes de fricci n tengan una ma0orincertidumbre que en el caso de las tuberías,además las condiciones de &u'os en canales se com(lican (or el hecho deque la (osici n de la su(er)cie libre (uede cambiar con el tiem(o 0 con eles(acio 0 tambi/n (or el hecho de que la (rofundidad de &u'o, el caudal 0 la

(endiente del fondo del canal 0 de la su(er)cie libre son interde(endientes.5or otra (arte Chow Van e nos dice que el &u'o en un conducto cerrado noes necesariamente &u'o en tubería. Si tiene una su(er)cie libre, (uedeclasi)carse como &u'o en canal abierto, (ues al haber un contacto con laatm sfera, a tra4/s de la su(er)cie libre, e conducto es hidráulicamente uncanal.

En conclusi n diremos que la diferencia entre un canal 0 una tubería no estáen la forma de la secci n trans4ersal, sino en el com(ortamiento hidráulico.!*ocha, "##$%

TEOREMA DE BERNOULLI Y ECUACIÓN DE LA ENERGÍA

El enunciado de la le0 de conser4aci n de la energía nos dice que la energíano se crea ni se destru0e, s lo se transforma de una forma a otra. !Mott, 6.*obert, + 7%

6a forma más conocida del teorema de 8ernoulli es9

V 2

2 g+ p

g+ z= constante

: nde según *ocha !+ -% Elteorema de 8ernoulli signi)ca que(ara una línea de corriente la sumade la energía cin/tica 0 la (otenciales constante.

En un &uido ideal !sin 4iscosidad%, laenergía E es igual en " 0 en +.

: nde cada t/rmino de la ecuaci nde 8ernoulli es una forma de energíaque (osee el &uido (or unidad de

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:e la )gura9

Ecuación De La Energía 9

Según el libro de *ocha, (ara un &uido real habría un (/rdida de energíaentre " 0 + !)g. ".;%. En realidad no es energía (erdida, sino transformadaen calor debido a la fricci n. Entonces la ecuaci n de la energía (ara un&uido real es entonces9

V 12

2 g+

p1g

+ z1 =V 2

2

2 g+

p2g

+ z2 + h f 1 − 2

FECTOS DE LA VISCODIDAD Y GRAVEDAD

Efectos De La Viscosidad

Según nos e1(lica *ocha Felices !+ -% los efectos de la 4iscosidad del&uido sobre las condiciones del escurrimiento se e1(resa (or el (arámetroadimensional denominado número de *e0nolds.

El número de *e0nolds !*e% se e1(resa mediante9

ℜ= VLn

*COTA

En las tuberías la(resi n e'ercida (or el&uido en cada (unto esre(resentada (or laaltura que alcan3a ellíquido en un (eque

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*ocha nos e1(lica que el número de *e0nolds es la relaci n que e1iste entrelas fuer3as 4iscosas 0 las fuer3as de inercia. Cuando las fuer3as 4iscosas sonmás fuertes que las de la inercia se dice que hablamos de un &u'o laminarmientras que cuando ocurre lo contrario hablamos de un &u'o turbulento.*ocha tambi/n nos habla sobre un 4alor crítico de *e0nolds que es el quese(ara los escurrimientos laminares de los turbulentos.

IMPORTANTE:

El &u'o en canales abiertos es laminar si el número de *e0nolds es (eque

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F =V

√ gL

: nde9

V9 4elocidad media del escurrimiento

g9 aceleraci n de la gra4edad

69 longitud característica

IMPORTANTE:

Siem(re que el escurrimiento se (rodu3ca con su(er)cie libre, es decir que

alguna 3ona de la corriente no est/ delimitada (or el contorno, habráin&uencia de la gra4edad sobre todo escurrimiento.

6os 4alores altos del número de Froude corres(onden a (eque

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(oder obtener resultados (timos 0 (oder resol4er satisfactoriamenteel (roblema.

El número de *e0nolds está relacionado con las fuer3as 4iscosasmientras que el número de Froude está relacionado con las fuer3asgra4itacionales. El (rimero se utili3a tanto en conductos cerradoscomo abiertos mientras que el segundo se usa generalmente solo(ara conductos abiertos !canales%.

BIBLIOGRAFÍA:

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