Sistemas De Tuberias

1.1.1 – DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN

La corriente de líquido que sale del líquido se llama chorro o vena líquida. Dependiendo el contacto de la vena líquida con la pared se lo puede clasificar en orificio de pared delgada o gruesa. En las paredes delgadas el contacto tiene lugar en una línea, mientras que en los de pared gruesa es en una superficie.

Se denomina carga a la altura de líquido sobre el baricentro del orificio. El caudal que se eroga por el orificio es proporcional a la raíz de la carga sobre el orificio.

Hay distintos tipos de orificio entre los que podemos mencionar los siguientes

Orificio de salida libre: el nivel del líquido en el canal de salida es inferior al borde inferior del orificio.

Orificio sumergido: cuando el nivel es superior al orificio

Parcialmente sumergido: cuando el nivel es superior al borde inferior del orificio pero menor al borde superior.

Orificio es toda abertura realizada o existente en un depósito, por debajo del nivel superior del líquido, ya sea en la pared lateral o en el fondo. Para hacer una clasificación de los orificios se pueden tener en cuenta algunas características importantes de los mismos, como:

a) Según el espesor de la pared: Orificios en pared delgada, Orificios en pared gruesa.

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El espesor de la pared, para los primeros, tiene que ser menor que la mitad de la mínima dimensión del orificio, no debiendo exceder su espesor de 4 a 5 cm.

También se considerarán orificios en pared delgada, aquellos que estén tallados a bisel.

Orificios según el nivel del agua, aguas abajo.

b) Según el nivel de la superficie libre: Orificios de nivel constante, Orificios de nivel variable.

c) Según el nivel del agua, aguas abajo: Orificios libres, Orificios sumergidos, Coeficiente de gasto

Los orificios y las toberas se usan normalmente en sistemas de tuberías como aparatos de medición y se instalan con bridas o tuberías roscadas con macho, de acuerdo con la ASME o con otras especificaciones de normas. Los valores de h, y Ap en la ecuación son la altura estática diferencial medida, o diferencia de presión entre dos agujeros roscados en la tubería situados a 1 diámetro antes y 0.5 diámetros después del plano en la cara de entrada del orificio o tobera, cuando los valores de C.

El coeficiente de flujo C se representa a partir de los diferentes números de Reynolds, basados en los diámetros internos de la tubería de entrada.

1.1.2 – ECUACIÓN DE TORRICELLI

Teorema de Bernoulli, principio físico que implica la disminución de la presión de un fluido (líquido o gas) en movimiento cuando aumenta su velocidad. Fue formulado en 1738 por el matemático y físico suizo Daniel Bernoulli.

El teorema afirma que la energía total de un sistema de fluidos con flujo uniforme permanece constante a lo largo de la trayectoria de flujo. Puede demostrarse que, como consecuencia de ello, el aumento de velocidad del fluido debe verse compensado por una disminución de su presión.

El teorema se aplica al flujo sobre superficies, como las alas de un avión o las hélices de un barco. Las alas están diseñadas para que obliguen al aire a fluir con mayor velocidad sobre la superficie superior que sobre la inferior, por lo que la presión sobre esta última es mayor que sobre la superior.

Esta diferencia de presión proporciona la fuerza de sustentación que mantiene al avión en vuelo. Una hélice también es un plano aerodinámico, es decir, tiene forma de ala. En este caso, la diferencia de presión que se produce al girar la hélice proporciona el empuje que impulsa al barco.

El teorema de Bernoulli también se emplea en las toberas, donde se acelera el flujo reduciendo el diámetro del tubo, con la consiguiente caída de presión. Asimismo se aplica en los caudalímetros de orificio, también llamados Venturi, que miden la diferencia de presión entre el fluido a baja velocidad que pasa por un tubo de entrada y el fluido a alta velocidad que pasa por un orificio de menor diámetro, con lo que se determina la velocidad de flujo y, por tanto, el caudal.

Es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad. A partir del teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un líquido por un orificio. La velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio.

A un envase de cartón de un litro de Capacidad, hazle con un clavo tres orificios del mismo tamaño a diferentes alturas. Tapa los orificios con cinta adhesiva y llena totalmente con agua el envase de cartón. Retira la cinta adhesiva y observa la salida del agua por cada orificio. Ecuación de Continuidad. Esta expresión expresa la idea de que la masa de fluido que entra por el extremo de un tubo debe salir por el otro extremo.

En un fluido en movimiento, las moléculas poseen una velocidad determinada, de forma que para conocer el movimiento del fluido, hace falta determinar en cada instante su correspondiente campo de velocidades. En dicho campo es donde se obtiene el llamado tubo de corriente.

El tubo de corriente es, por tanto, el espacio limitado por las líneas de corriente que pasan por el contorno de una superficie, situada en el seno de un líquido.

Para obtener la expresión de continuidad hay que partir de un elemento de volumen en forma de paralelepípedo de elemento de volumen dV, y lados dx, dy y dz.

Tratamos una pequeña masa de fluido que se mueve en un tubo. En la posición 2, con una sección de valor A2, el fluido tiene una rapidez v2 y una densidad = 2. Corriente abajo en la posición A las cantidades son:

A1 v1 y = 1

Puesto que ningún fluido puede atravesar las paredes del tubo, entonces el gasto másico debe ser el mismo entre los dos puntos. Matemáticamente:

A2 v2 = 2 = 1 A1 v1

Esta ecuación es una particularidad de la ecuación de continuidad y está definida para el caso de fluidos incompresibles, es decir de densidad constante y estacionaria, por tanto, la velocidad en cada punto es siempre la misma, aunque varíe de unos puntos a otros.

Para el caso de un flujo irracional a régimen

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