Laboratorio de Mecánica de los Fluidos

Universidad Católica Andrés Bello[pic 1]

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Industrial

Laboratorio de Mecánica de los Fluidos  

 Prof: Ing. Sebastián Ribis

FLUJO TURBULENTO

Realizado por:

                                                                                                                                                 D’Giacomo, Douglas

                                                                                                                                        Urbina, Víctor 

Caracas, 20 de diciembre 2018

INTRODUCIÓN

Esta práctica tiene como objetivo principal demostrar que en un sistema de tuberías recto existirán perdidas de presión en el recorrido y por lo tanto un aumento de las pérdidas en el sistema, se demostrara también que para un flujo turbulento se espera un número de Reynolds mayor a 2000.

La práctica consiste en hacer pasar un flujo turbulento a través de una tubería, en este caso el fluido de trabajo será agua, esta tubería será regulada con una válvula para variar su caudal (3 caudales) y se tomaran 3 puntos de estudio conectados a un Manifold o regulador de Presión que a su vez está conectado a un piezómetro para medir las alturas en cada punto. En el punto 5 estará un tubo Pitot con dos tomas (presión estática y presión total) que será utilizado para medir la velocidad en el eje del tubo, el agua que circulará por la tubería caerá en un canal con un vertedero triangular usado para medir el caudal.

Para la realización de esta práctica es necesario conocer algunos conceptos básicos.

Flujo turbulento: ocurre cuando las velocidades de flujo son generalmente muy altas o en fluidos en los que las fuerzas viscosas son muy pequeñas. La turbulencia puede originarse por la presencia de paredes en contacto con el fluido o por la existencia de capas que se muevan a diferentes velocidades. Además, un flujo turbulento puede desarrollarse bien sea en un conducto liso o en un conducto rugoso. En el flujo turbulento las partículas se mueven en trayectorias irregulares, que no son suaves ni fijas. El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son débiles en relación con las fuerzas inerciales. Para saber el régimen de flujo se utiliza el número de Reynolds, el cual dependerá de la velocidad (V), el diámetro de la tubería que ocupe el fluido (D) y la viscosidad cinemática ():[pic 2]

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Factor de fricción: es un parámetro adimensional que se utiliza para calcular la pérdida de carga en una tubería debida a la fricción. El factor de friccion depende del número de Reynolds (Re), y la rugosidad relativa de la tubería (∈/D), la cual es un indicador de las imperfecciones del material de la misma. Dependiendo del régimen de flujo, el factor dependerá únicamente de Re para flujo laminar, calculado como:

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Perdidas en tuberías: es la pérdida de energía dinámica del fluido debida a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Estas pérdidas pueden ser continuas, por rozamiento a lo largo de todo el tramo de tubería; o localizadas, debido a accesorios, como un estrechamiento o una ampliación, codos válvulas. En este informe utilizaremos la ecuación de Darcy-Weisbach para calcular las perdidas en el tramo recto de tubería, esta es:

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Siendo:

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TABLA DE DATOS

        La siguiente tabla contiene los valores tomados en la práctica.

Tabla de datos 1: Mediciones de alturas piezométricas, temperatura y altura del vertedero.

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Fuente: Elaboración Propia.

CÁLCULOS Y GRÁFICOS

Parte 1: Cálculo de la altura del agua.

        En esta parte se determinarán las alturas del fluido estudiado (agua).

        Se sabe que por la tubería circula agua y que el piezómetro contiene mercurio, por lo tanto:

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        En el manifold se cumple que:

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        Siendo:

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        Por lo tanto:

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Cálculo de la altura estática del agua para la toma 1:

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Cálculo de la altura total del agua para la toma 1:

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Repitiendo el procedimiento anterior para cada altura en cada toma obtenemos la siguiente tabla:

Tabla de cálculos 1: Valores de alturas del agua.

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Fuente: Elaboración Propia.

Con los datos en la Tabla de cálculos 1 se realizará un gráfico de Xrecorrido vs hagua (e) para cada una de las tomas.

Gráfico 1: Recorrido del fluido vs Altura del agua estática (Toma 1).

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Fuente: Elaboración Propia.

Gráfico 2: Recorrido del fluido vs Altura del agua estática (Toma 2).

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Fuente: Elaboración Propia.

Gráfico 3: Recorrido del fluido vs Altura del agua estática (Toma 3).

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Fuente: Elaboración Propia.

Parte 2: Cálculo de la velocidad experimental en el eje.

Para determinar la velocidad experimental en el eje para ello se utilizará la ecuación correspondiente al cálculo de velocidades con el tubo pitot.

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        Siendo:

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Cálculo de la velocidad experimental (Toma 1):

        De la Tabla de cálculo 1 se tomarán los valores correspondientes a las alturas estática y total del punto 5 para determinar el diferencial de altura.

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        Repitiendo el procedimiento anterior para cada toma obtenemos la siguiente tabla:

Tabla de cálculos 2: Velocidad experimental.

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Fuente: Elaboración Propia.

Parte 3: Cálculo de la velocidad teórica en el eje.

        La velocidad teórica en el eje se determinará con el uso de la fórmula de Karman-Prandtl.

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