Gracias por el A2A Akhil Dua.
Todos los demás contribuyentes ya han respondido esta pregunta en profundidad, pero trataría de dar mis dos centavos. Algunas de las razones para elegir una tubería cilíndrica son las siguientes.
- Concentración de estrés.
La forma cilíndrica de la tubería de agua, o de hecho cualquier tubería en general, ayuda a suavizar los bordes irregulares, es decir, a diferencia de la sección transversal cuadrada, no tiene 4 esquinas.
- Una geometría suave, no tiene bordes que actúen como ubicaciones para la concentración de estrés. [1]
- Una geometría que tiene bordes afilados, siempre tendrá ubicaciones donde habrá concentración de tensión y estas se convertirán en futuras ubicaciones de falla.
- Por lo general, la falla o rotura en cualquier punto comienza con la propagación de grietas y finalmente con la fractura. [2]
A continuación se muestra la imagen de 3 tipos de propagación de grietas que tienen lugar principalmente en irregularidades
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- Fractura en modo I : modo de apertura (tensión de tracción normal al plano de la grieta),
- Fractura en modo II : modo deslizante (un esfuerzo cortante que actúa en paralelo al plano de la grieta y perpendicular al frente de la grieta), y
- Fractura en modo III : modo de rasgado (un esfuerzo cortante que actúa paralelo al plano de la grieta y paralelo al frente de la grieta).
(Fuente de la imagen: Mecánica de fracturas, Wikipedia)
Imagínese, si tomamos una tubería con sección transversal cuadrada (algo así como un conducto HVAC). Si este tipo de geometría tuviera que fallar, fallaría comenzando desde la más débil de las 4 esquinas afiladas como se indica a continuación.
(Fuente de la imagen: concentración de estrés de forma cuadrada, búsqueda de imágenes de Google)
Para lograr una geometría donde tales esquinas estén al mínimo, la mejor forma es una tubería cilíndrica adecuada. A continuación se muestra el esquema para el mismo.
(Fuente de la imagen: concentración de tensión de curvatura de la tubería, búsqueda de imágenes de Google)
Las dos imágenes anteriores no son de ninguno de mis cálculos reales, pero se han subido para que pueda analizar el efecto de la concentración de estrés.
2. Menor área de superficie
La sección circular de la tubería cilíndrica ayuda a lograr la menor superficie exterior. Esto ayuda de dos maneras.
- minimizando la pérdida o ganancia de calor
- menor costo de aislamiento
- menor costo de pintura
3. Flujo de fluido más suave
La geometría suave garantiza un flujo de fluido más suave y menor obstrucción y caída de presión. Los costos de bombeo se reducen y se puede obtener una presión mucho mayor al final de la entrega.
PERO
Este no es siempre el caso
Si observamos la sección transversal de canales y canales de vías navegables, encontraríamos un trapecio como sección transversal. Esto es desde el punto de vista de la ingeniería civil.
(Fuente de la imagen: sección transversal del canal de agua)
Espero haber agregado algo de valor en esta discusión.
Gracias por leer.
Notas al pie
[1] Concentración de estrés
[2] Mecánica de fractura
Se llama diagrama de cuerpo libre. Muestra la presión en el cilindro y la tensión en la tubería (bueno, un elemento discreto de la tubería). Si “corta” la tubería de esta manera, pero en un ángulo que no sea vertical, realmente no cambia. Por lo tanto, todas las partes del cilindro están sujetas a la misma condición.