Mecánica de Fluidos Proyecto Final
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Mecánica de Fluidos Proyecto Final
Instituto de Electrónica y Mecatrónica
Ingenieía en Mecatrónica
Mecánica de Fluidos
ciclo 2017-B
Reporte
Flujo laminar, turbulento y transitorio dependiente de Reynolds
1
19 de octubre de 2017
Índice
1. Marco Teórico
4
1.1.
Descripción del problema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.2.
Ecuación de la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3.
Ecuación de Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.4.
Reynolds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.5.
Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.5.1.
Frasco de Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2. Desarrollo
11
2.0.1.
Régimen laminar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
2.0.2.
Fluido en Régimen turbulento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
2.0.3.
Pérdidas por fricción en flujo Laminar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
2.0.4.
Pérdidas por fricción en flujo Turbulento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
2.1.
Pérdidas localizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.2.
El teorema de PI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
2.2.1.
Ejercicio resuelto de adimensionalidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
2.3.
Escalado de modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
2.3.1.
Ejercicio de resistencia en los cilindros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
2.4.
Análisis de patrones de flujo simple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
2.4.1. Corriente uniforme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
2.4.2.
Sumidero en el origen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
2
Mecánica de Fluidos Proyecto Final
Índice de figuras
1. Líneas de flujo en una tubería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Turbulencia presente en un avión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. Turbulencia presente en un grifo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
(a). Prototipo implementado Vista Frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
(b).
Prototipo implementado Vista Trasera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
(c).
Colocación de la jeringa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
(d).
Zoom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
4. Etapa de frasco de Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5. Prototipo: Flujo en régimen laminar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
6. Prototipo: Flujo en régiemen de transición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
7. Prototipo: Flujo en régimen turbulento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
8. Gráfica del coeficiente de pérdidas en en entradas bruscas . . . . . . . . . . . . . . . . 16
9. Gráfica de los coeficientes de pérdidas en codos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
10. Radio de curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
11.
Acercamiento al análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
(a).
Esquema original . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
(b).
Zoom al análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
12.
Dimensionalidad: Resistencia medida en los cilindros y esferas lisas . . . . . . . . . .
20
3
Mecánica de Fluidos Proyecto Final
1. Marco Teórico
1.1. Descripción del problema.
En 1883 el matemático Onsborne Reynolds publicó un estudio experimental y teórico basandose en el análisis de la transición a la turbulencia en ciertos fluidos. En la actualidad aún se desconoce el mecanismo que describe dicho comportamiento físico; esto hace que el estudio de la turbulencia sea una de las prioridades en el campo de investigación de la física clásica.
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