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Flujo turbulento por tubos

Storyboard

Si el número de Reynolds es superior a 2000, el flujo en un tubo se vuelve siempre inestable y termina siendo completamente turbulento. Con esto, ya no es posible usar la aproximación de flujo laminar viscoso que da origen a la ley de Hagen Poiseuille, y es necesario desarrollar un modelo alternativo.

El modelo que describe un flujo en el cual la viscosidad es irrelevante es el que da origen a la ecuación de Bernoulli. Sin embargo, este modelo asume que la densidad de energía se conserva. Una alternativa es asumir que las turbulencias llevan a una mezcla mediante la cual la densidad de energía no se conserva pero permanece constante. En tal caso, el flujo se puede modelar mediante una ecuación similar a la de Bernoulli, pero teniendo en cuenta una corrección debido a la homogeneización causada por la mezcla.

>Modelo

ID:(1970, 0)



Ecuación de Darcy-Weisbach

Concepto

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Cuando se modela el flujo en un tubo, bajo la suposición de que la densidad de energía se conserva, se obtiene la ecuación de Bernoulli. Esta ecuación describe el flujo mediante la diferencia de presión (\Delta p) en términos de la densidad del líquido (\rho_w), la velocidad media del fluido (v) y la diferencia de velocidad entre superficies (\Delta v):

\Delta p = - \rho \bar{v} \Delta v



En el caso de flujo turbulento, el proceso de mezclado actúa como una fricción que reduce el gradiente de velocidad presente en el flujo laminar entre el centro y las paredes del conducto. Si asumimos que este proceso de mezclado puede ser modelado con un simple factor de corrección, llegamos empíricamente a la ecuación de Darcy-Weisbach, que involucra el factor de fricción de Darcy-Weisbach (f_D), el largo de tubo (\Delta L) y la diámetro hidrodinámico (D_H):

\Delta p = \displaystyle\frac{ \Delta L }{ D_H } f_D \displaystyle\frac{1}{2} \rho_w j_s ^2



El factor el factor de fricción de Darcy-Weisbach (f_D) ha sido determinado de forma empírica para diversas condiciones de flujo y se expresa en función de el número de Reynold (Re).

ID:(15893, 0)



Diagrama de Moody

Imagen

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En 1944, Lewis Ferry Moody realizó mediciones del factor de fricción de Darcy-Weisbach en función del número de Reynolds y de la rugosidad relativa de la pared, lo que resultó en la creación del siguiente diagrama:

La rugosidad relativa se puede estimar considerando el tamaño de las rugosidades (altura de elementos que sobresalen o profundidades de hendiduras) en relación con el diámetro hidrodinámico.

Se observan dos comportamientos distintos:

• Para números de Reynolds inferiores a 2000, el factor de fricción de Darcy-Weisbach depende solo del número de Reynolds, siguiendo una relación de 64/Re. Esto corresponde al régimen laminar.

• Para números de Reynolds superiores a 2000, se observa un comportamiento que depende tanto del número de Reynolds como de la rugosidad relativa de la superficie del tubo.

ID:(14528, 0)



Diámetro hidráulico

Concepto

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En el contexto de la ecuación de Darcy-Weisbach, se utiliza una diámetro hidrodinámico (D_H), que representa una generalización del diámetro tradicional de un círculo. Esto permite considerar una sección que no sea circular y calcular un diámetro equivalente basado en el área de la sección del tubo (S) y su el perímetro (P) mediante la siguiente fórmula:

D_H = \displaystyle\frac{ 4 S }{ P }



Para una sección circular, recuperamos el diámetro tradicional de un círculo de la siguiente manera:

D_H = \displaystyle\frac{4 S}{P} = \displaystyle\frac{4 \pi R^2}{2 \pi R} = 2R

ID:(15894, 0)



Radio hidráulico

Concepto

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En el contexto del factor de fricción de Darcy-Weisbach, se utiliza un radio hidráulico (R_H), que es una generalización del radio tradicional de un círculo. De esta forma, es posible calcular un diámetro basado en el área de la sección del tubo (S) y su perímetro en contacto con el perímetro hidrodinamico (P_H), utilizando la siguiente fórmula:

R_H = \displaystyle\frac{ S }{ P_H }



Para una sección circular, podemos obtener el radio hidráulico tradicional de un círculo de la siguiente manera:

R_H = \displaystyle\frac{S}{P} = \displaystyle\frac{\pi R^2}{2 \pi R} = \displaystyle\frac{1}{2} R

ID:(15895, 0)



Profundidad de un tubo no lleno

Concepto

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En un tubo cilíndrico, la profundidad está relacionada con el flujo de la siguiente manera:



Si integramos la sección o superficie (S), podemos calcular cómo varía la superficie en función de la profundidad en un tubo no lleno (h) mediante la integral sobre el radio hasta el radio del tubo (R), lo que resulta en:

S = 2\displaystyle\int_0^h dz \sqrt{2Rz - z^2}=\displaystyle\frac{1}{2}(R-h)\sqrt{2Rh - h^2}+\displaystyle\frac{1}{2}R^2\arcsin\left(\displaystyle\frac{1-h}{R}\right)



Para flujos pequeños, donde la profundidad es significativamente menor que el radio, la relación entre la sección y la profundidad se simplifica considerablemente. Al resolver la ecuación de profundidad, obtenemos:

h = \left(\displaystyle\frac{3^2 S^2 }{2^3 R }\right)^{1/3}

ID:(15896, 0)



Perímetro hidrodinámico en tubo no lleno

Concepto

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El perímetro hidrodinamico (P_H) en un tubo parcialmente lleno corresponde a los bordes de la sección que están en contacto con el líquido, es decir, el arco que toca la pared del tubo y la superficie:



De esta manera, podemos expresarlo en función de el radio del tubo (R) y la profundidad en un tubo no lleno (h) como:

P_H = 2 R \arccos\left(1-\displaystyle\frac{h}{R}\right) + 2\sqrt{2Rh-h^2}



Para flujos pequeños, donde la profundidad es considerablemente menor que el radio, esta relación se simplifica y establece una conexión más directa entre la sección transversal y la profundidad:

P_H = \sqrt{2^5 R h }

ID:(15897, 0)



Flujo en el límite laminar

Descripción

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Si reemplazamos el factor de fricción de Darcy-Weisbach en el límite laminar, dado por

f_D = \displaystyle\frac{64}{ Re }



en la ecuación de Darcy-Weisbach, expresada como

\Delta p = \displaystyle\frac{ \Delta L }{ D_H } f_D \displaystyle\frac{1}{2} \rho_w j_s ^2



y utilizamos la definición del número de Reynolds Re, podemos demostrar que el flujo está gobernado por

J_V =-\displaystyle\frac{ \pi R ^4}{8 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }

que corresponde a la ecuación de Hagen-Poiseuille.

ID:(14530, 0)



Ecuación de Darcy-Weisbach

Ecuación

>Top, >Modelo


La ecuación de Darcy-Weisbach permite calcular la diferencia de presión (\Delta p) en función de la densidad del líquido (\rho_w), la diámetro hidrodinámico (D_H), el factor de fricción de Darcy-Weisbach (f_D), el largo de tubo (\Delta L) y la velocidad media del fluido (v) a través de:

\Delta p = \displaystyle\frac{ \Delta L }{ D_H } f_D \displaystyle\frac{1}{2} \rho_w j_s ^2

j_s
Densidad de flujo
m/s
7220
\rho_w
Densidad del líquido
kg/m^3
5407
D_H
Diámetro hidrodinámico
m
6612
\Delta p
Diferencia de presión
Pa
6273
f_D
Factor de fricción de Darcy-Weisbach
-
5822
\Delta L
Largo de tubo
m
5430
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

ID:(14526, 0)



Flujo de volumen y su velocidad

Ecuación

>Top, >Modelo


Se puede representar una densidad de flujo (j_s) en términos de el flujo de volumen (J_V) utilizando la sección o superficie (S) mediante la siguiente fórmula:

j_s = \displaystyle\frac{ J_V }{ S }

j_s
Densidad de flujo
m/s
7220
J_V
Flujo de volumen
m^3/s
5448
S
Sección del flujo
m^2
6011
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

El flujo se define como el volumen el elemento de volumen (\Delta V) dividido por el tiempo el tiempo transcurrido (\Delta t), lo cual se expresa en la siguiente ecuación:

J_V =\displaystyle\frac{ \Delta V }{ \Delta t }



y el volumen es el producto de la sección la sección del tubo (S) por el desplazamiento el elemento del tubo (\Delta s):

\Delta V = S \Delta s



Dado que el desplazamiento el elemento del tubo (\Delta s) dividido por el tiempo el tiempo transcurrido (\Delta t) equivale a la velocidad, se representa con:

j_s =\displaystyle\frac{ \Delta s }{ \Delta t }



Por lo tanto, el flujo es una densidad de flujo (j_s), que se calcula mediante:

j_s = \displaystyle\frac{ J_V }{ S }

ID:(4349, 0)



Diámetro hidráulico

Ecuación

>Top, >Modelo


La diámetro hidrodinámico (D_H) se puede calcular a partir de la sección del tubo (S) y el perímetro (P) mediante:

D_H = \displaystyle\frac{ 4 S }{ P }

D_H
Diámetro hidrodinámico
m
6612
P
Perímetro
m
5818
S
Sección del flujo
m^2
6011
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

ID:(14527, 0)



Radio hidráulico

Ecuación

>Top, >Modelo


El radio hidráulico (R_H) se puede calcular a partir de la sección del tubo (S) y el perímetro hidrodinamico (P_H) mediante:

R_H = \displaystyle\frac{ S }{ P_H }

P_H
Perímetro hidrodinamico
m
10088
R_H
Radio hidráulico
m
5816
S
Sección del flujo
m^2
6011
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

ID:(14531, 0)



Profundidad de un tubo no lleno

Ecuación

>Top, >Modelo


La profundidad en un tubo no lleno (h) se puede estimar cuando el nivel del líquido es bajo, es decir, cuando dicho nivel es mucho menor que el radio del tubo, en función de la sección o superficie (S) y el radio del tubo (R):

h = \left(\displaystyle\frac{3^2 S^2 }{2^3 R }\right)^{1/3}

h
Profundidad en un tubo no lleno
m
10091
R
Radio del tubo
m
5417
S
Sección del flujo
m^2
6011
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

La sección o superficie (S) del tubo que contiene el líquido se puede expresar como una función de la profundidad en un tubo no lleno (h) integrando sobre el radio hasta el radio del tubo (R):

S = 2\displaystyle\int_0^h dz \sqrt{2Rz - z^2}=\displaystyle\frac{1}{2}(R-h)\sqrt{2Rh - h^2}+\displaystyle\frac{1}{2}R^2\arcsin\left(\displaystyle\frac{1-h}{R}\right)



Si desarrollamos esta expresión en términos del factor h/R en el límite h\ll R, obtenemos en primer orden:

S = \sqrt{\displaystyle\frac{2^3}{3^2} R h ^3}



Si resolvemos para la profundidad, obtenemos finalmente:

h = \left(\displaystyle\frac{3^2 S^2 }{2^3 R }\right)^{1/3}

ID:(14541, 0)



Perímetro hidrodinámico en tubo no lleno

Ecuación

>Top, >Modelo


El perímetro hidrodinamico (P_H) se puede estimar a partir de la profundidad en un tubo no lleno (h) y el radio del tubo (R) mediante:

P_H = \sqrt{2^5 R h }

P_H
Perímetro hidrodinamico
m
10088
h
Profundidad en un tubo no lleno
m
10091
R
Radio del tubo
m
5417
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

Dado que el ángulo entre el radio en el borde de la superficie del líquido y la vertical se puede calcular con la profundidad en un tubo no lleno (h) y el radio del tubo (R) mediante:

\phi =\arccos\left(1-\displaystyle\frac{h}{R}\right)



El arco correspondiente es R\phi, por lo tanto, el arco total es:

2 R \arccos\left(1-\displaystyle\frac{h}{R}\right)



De manera análoga, la mitad de la superficie se puede determinar utilizando el teorema de Pitágoras, lo que resulta en:

\sqrt{2Rh - h^2}



Por lo tanto, el perímetro hidrodinamico (P_H) se expresa como:

P_H = 2\sqrt{2Rh - h^2}+2R\arcsin\left(1-\displaystyle\frac{h}{R}\right)



En el límite de una altura pequeña, donde h\ll R, esta expresión se puede desarrollar, resultando en:

P_H = \sqrt{2^5 R h }

ID:(14542, 0)



Número de Reynold

Ecuación

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El criterio clave para determinar si un medio es laminar o turbulento es el llamado numero de Reynold que compara la energía asociada a la inercia con aquella asociada a la viscosiadad. La primera depende de la densidad (\rho), la velocidad media del fluido (v) y la dimensión típica del sistema (R) mientras que la segunda de la viscosidad (\eta) con lo que se define:

Re =\displaystyle\frac{ \rho R j_s }{ \eta }

Re =\displaystyle\frac{ \rho R v }{ \eta }

\rho
Densidad
kg/m^3
5342
R
Dimensión típica del sistema
m
5433
Re
Número de Reynold
-
5432
v
j_s
Densidad de flujo
m/s
7220
\eta
Viscosidad
Pa s
5422
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

ID:(3177, 0)



Límite laminar

Ecuación

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En el límite de bajos el número de Reynold (Re), el diagrama de Moody muestra que el factor de fricción de Darcy-Weisbach (f_D) es igual a:

f_D = \displaystyle\frac{64}{ Re }

f_D
Factor de fricción de Darcy-Weisbach
-
5822
Re
Número de Reynold
-
5432
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

donde Re es el número de Reynolds. Esto es válido para números de Reynolds hasta 2000. Más allá de este valor, la rugosidad de la pared comienza a influir en la destabilización del flujo y en la formación de turbulencias.

ID:(14529, 0)



Solución para tubo cerrado

Ecuación

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La ecuación de Colebrook-White para el caso de un tubo cerrado:

\displaystyle\frac{1}{\sqrt{ f_D }}=-2\log\left(\displaystyle\frac{\epsilon}{3.7 D_H}+\displaystyle\frac{2.51}{ Re \sqrt{ f_D }}\right)



es una ecuación implícita utilizada para determinar el factor de fricción de Darcy-Weisbach (f_D). Para resolver esta ecuación, se han desarrollado diversas aproximaciones que varían en complejidad y precisión. Una de las aproximaciones más efectivas, que abarca un amplio rango de números de Reynolds Re, es la propuesta por S.E. Haaland:

f_D = \displaystyle\frac{25}{81 \log\left(\left(\displaystyle\frac{ \epsilon }{3.7 D_H }\right)^{1.11} + \displaystyle\frac{6.9}{ Re }\right)^2}

\epsilon
Desniveles
m
5410
D_H
Diámetro hidrodinámico
m
6612
f_D
Factor de fricción de Darcy-Weisbach
-
5822
Re
Número de Reynold
-
5432
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

La solución original de S.E. Haaland es la siguiente:

\displaystyle\frac{1}{\sqrt{f_D}}=-1.8\log\left(\left(\displaystyle\frac{\epsilon/D_H}{3.7}\right)^{1.11} + \displaystyle\frac{6.9}{Re}\right)



Puede resolverse para obtener la expresión del factor de fricción f_D de la siguiente manera:

f_D = \displaystyle\frac{25}{81 \log\left(\left(\displaystyle\frac{ \epsilon }{3.7 D_H }\right)^{1.11} + \displaystyle\frac{6.9}{ Re }\right)^2}

ID:(14535, 0)



Solución para tubo abierto

Ecuación

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La ecuación de Colebrook-White para el caso de un tubo cerrado:

\displaystyle\frac{1}{\sqrt{ f_D }}=-2\log\left(\displaystyle\frac{\epsilon}{12 R_H}+\displaystyle\frac{2.51}{ Re \sqrt{ f_D }}\right)



es una ecuación implícita utilizada para determinar el factor de fricción de Darcy-Weisbach (f_D). Para resolver esta ecuación, se han desarrollado diversas aproximaciones que varían en complejidad y precisión. Una de las aproximaciones más efectivas, que abarca un amplio rango de números de Reynolds Re, es la propuesta por S.E. Haaland:

f_D = \displaystyle\frac{25}{81 \log\left(\left(\displaystyle\frac{ \epsilon }{12 R_H }\right)^{1.11} + \displaystyle\frac{6.9}{ Re }\right)^2}

\epsilon
Desniveles
m
5410
f_D
Factor de fricción de Darcy-Weisbach
-
5822
Re
Número de Reynold
-
5432
R_H
Radio hidráulico
m
5816
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

La solución original de S.E. Haaland es la siguiente:

\displaystyle\frac{1}{\sqrt{f_D}}=-1.8\log\left(\left(\displaystyle\frac{\epsilon/R_H}{12}\right)^{1.11} + \displaystyle\frac{6.9}{Re}\right)



Puede resolverse para obtener la expresión del factor de fricción f_D de la siguiente manera:

f_D = \displaystyle\frac{25}{81 \log\left(\left(\displaystyle\frac{ \epsilon }{12 R_H }\right)^{1.11} + \displaystyle\frac{6.9}{ Re }\right)^2}

ID:(14534, 0)



Diferencia de presión entre columnas

Ecuación

>Top, >Modelo


La diferencia de alturas, representada por la diferencia de altura (\Delta h), implica que la presión en ambas columnas es diferente. En particular, la diferencia de presión (\Delta p) es una función de la densidad del líquido (\rho_w), la aceleración gravitacional (g) y la diferencia de altura (\Delta h), de la siguiente manera:

\Delta p = \rho_w g \Delta h

g
Aceleración gravitacional
9.8
m/s^2
5310
\Delta h
Altura de la columna del liquido
m
5819
\rho_w
Densidad del líquido
kg/m^3
5407
\Delta p
Diferencial de la presión
Pa
6673
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

Si hay la diferencia de presión (\Delta p) entre dos puntos, como lo indica la ecuación:

\Delta p = p_2 - p_1



podemos usar la presión de la columna de agua (p), que es:

p_t = p_0 + \rho_w g h



Esto nos da:

\Delta p=p_2-p_1=p_0+\rho_wh_2g-p_0-\rho_wh_1g=\rho_w(h_2-h_1)g



Dado que la diferencia de altura (\Delta h) es:

\Delta h = h_2 - h_1



la diferencia de presión (\Delta p) se puede expresar como:

\Delta p = \rho_w g \Delta h

ID:(4345, 0)



Perdida de energía por turbulencia y fricción

Ecuación

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La ecuación de Darcy-Weisbach permite calcular la diferencia de presión (\Delta p) en función de la densidad del líquido (\rho_w), la diámetro hidrodinámico (D_H), el factor de fricción de Darcy-Weisbach (f_D), el largo de tubo (\Delta L) y la velocidad media del fluido (v) a través de:

\Delta h_d = \displaystyle\frac{ \Delta L }{ 2 g D_H } f_D j_s ^2

g
Aceleración gravitacional
9.8
m/s^2
5310
\Delta h_d
Altura para suplir perdida de energía
m
10464
j_s
Densidad de flujo
m/s
7220
D_H
Diámetro hidrodinámico
m
6612
f_D
Factor de fricción de Darcy-Weisbach
-
5822
\Delta L
Largo de tubo
m
5430
Re = rho * R * j_s / eta Dp = rho_w * g * Dh j_s = J_V / S Dp = DL * f_D * rho_w * j_s ^2/(2* D_H ) D_H = 4 * S / P f_D = 64 / Re R_H = S / P_H f_D = 25/(81*(log(( e /(12* R_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) f_D = 25/(81*(log(( e /(3.7* D_H ))^1.11 + 6.9/ Re ))^2) h = (3^2* S ^2/(2^3* R ))^(1/3) P_H = sqrt(2^5* R * h ) Dh_d = DL * f_D * j_s ^2/(2* g * D_H )gDhDh_drhoj_srho_weD_HDpDpRf_DJ_VDLRePP_HhRR_HSeta

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