- Determinar las pérdidas con flujo laminar y turbulento
- Determinar el factor de fricción experimental del tubo
- Comparar el factor de fricción experimental con teórico
MARCO TEÓRICO
Número de Reynolds
(Re): El número de Reynolds de un objeto que se mueve a una
determinada velocidad depende de la condición de su superficie. Cuanto más
rugosa sea la superficie, mayor será el número de Reynolds. La superficie de
bolas utilizadas en algunos deportes son intencionalmente rugosas. Bolas
de golf poseen relieves, bolas de tenis poseen aire, etc. Eso aumenta el número
de Reynolds, de modo que si tal número puede ser mayor a 100000, aún a pequeñas
velocidades, la presión de arrastre puede ser grandemente eliminada, y solamente
el arrastre de la viscosidad actúa sobre la bola.
La forma de un objeto puede redireccionar el flujo de
aire, produciendo empuje. Objetos simétricos que giran también pueden producir empuje. Aun mismo para un flujo laminar, una fina capa
de aire existente cerca del objeto no se mueve en relación al objeto. Una capa
fina de aire cerca a una bola que gira, girará junto con la bola. Al paso que
la distancia de la bola aumenta, la velocidad del aire cambia, así el flujo de
aire alrededor de la bola muestra los patrones conforme el dibujo abajo.
Regiones turbulentas también se pueden formar. Los
vórtices detrás de la bola pueden ser desviados una vez que la bola trae el
aire para si. Eso nuevamente puede ocasionar una fuerza para arriba.
Por lo que se tiene que:
- Re < 2300 el flujo será laminar
- 2300 < Re < el flujo estará en transición de laminar a turbulento
- 4000 < Re el flujo será turbulento
Factor de Fricción: El factor de fricción es un
parámetro adimensional que se utiliza en dinámica
de fluidos para calcular la
pérdida de carga en una tubería debido a la fricción. El cálculo del factor de
fricción y la influencia de dos parámetros (número de Reynolds, Re y rugosidad relativa, εr) depende del
régimen de flujo.
PROCEDIMIENTO
Práctica
3ª
1. Instalar el Módulo HM 150.01 sobre el
Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la
tubería de empalme N° 9, y la manguera de salida del HM 150.01 al tanque del
módulo básico.
2. Cerrar la válvula N° 7, del by-pass N° 8 para flujo turbulento, y abrir
las válvulas N° 10 y 11, del depósito vertical N° 6. Abrir también la válvula
N° 2, de salida del módulo.
3. Conectar
las mangueras para medición de presión, desde la toma N° 12 hasta la columna de
alta presión, y desde la toma N° 3 hasta la columna de baja presión. Abrir la
válvula de purga de aire del medidor de columna.
4. Poner en servicio la bomba, regulando el caudal con la válvula de salida
de la bomba, de tal forma que se establezca un nivel constante en el rebosadero
del depósito vertical. El ajuste preciso del nivel se hará con la válvula N°
10.
5. Ajustar con la válvula N° 2 un caudal
tal, que el medidor de columna de baja presión indique un nivel de cerca de 2
centímetros de columna de agua. Dadas las características del agua empleada en
la experimentación, especialmente en lo que respecta a su viscosidad, que es
muy reducida, deberá regularse un caudal tal, que el Número de Reynolds sea
inferior a 2000. Para esto, se restringirá el paso de agua a través de la
válvula N° 2, de forma que la velocidad sea inferior a 0.72 m/s. La velocidad
se determina tomando un volumen aproximado de 2 litros en la jarra aforada
suministrada, midiendo el tiempo empleado en la recolección. Estos datos se
registran en la planilla correspondiente y se calcula el caudal y la velocidad.
Se anotarán también los datos de presión suministrados por las columnas de alta
y baja presión.
6. Repetir el procedimiento tomando unas tres mediciones, aumentando el
caudal con la válvula N° 2.
7. Anotar los datos medidos durante la práctica y efectuar los cálculos
indicados.
Práctica 3b
1.
Instalar
el Módulo HM 150.01 sobre el Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de
salida de la bomba en la tubería de empalme N° 9, y la manguera de salida del
HM 150.01 al tanque del módulo básico.
2. Cerrar
las válvulas N° 10 y 11, del depósito vertical. Abrir la válvula N° 7, del by
pass para flujo turbulento y la válvula de salida N° 2.
3. Conectar
las mangueras para medición de presión, desde la toma N° 12 hasta la entrada de
alta presión del manómetro diferencial N° 5, y desde la toma N° 3 hasta la
entrada de baja presión del manómetro diferencial.
4. Poner
en servicio la bomba, regulando el caudal con la válvula de salida de la bomba, de tal forma que se establezca una diferencia de presión aproximada de 0.2 Bar.
Ajustar con más precisión utilizando la válvula N° 2. Anotar en la planilla el
dato de presión.
5. Medir
el caudal tomando un volumen aproximado de 2 litros, en la jarra aforada, y
contabilizando el tiempo empleado.
6. Repetir
el procedimiento tomando unas tres mediciones, aumentando el caudal con la
válvula N° 2.
7. Anotar
los datos medidos durante la práctica y efectuar los cálculos indicados.
EQUIPOS
- Módulo Básico Gunt 150.01 con bomba centrífuga sumergible de 250 W de potencia y caudal máximo de 150.
- Jarra de aforo
- Cronómetro
Práctica 3ª
Práctica 3b
ANÁLISIS DE RESULTADOS
A partir de la práctica realizada se puede hacer un análisis acerca de los resultados obtenidos por la misma. En primer lugar, es clave conceptualizar la diferencia entre flujo laminar y turbulento; teniendo en cuenta que el primero es afín con una línea ordenada donde el flujo se mueve de manera paralela de acuerdo su dirección, mientras que por otro lado el flujo turbulento tal y como su nombre lo indica presenta un carácter mas alterado. Esto tienen incidencia en las propiedades estudiadas.
Por un lado, la velocidad cambia significativamente entre flujo laminar y el turbulento (0.6507 m/s y 2.6941 m/s respectivamente) donde el segundo es aproximadamente mayor. Aumento que puede ser atribuido a que el el flujo turbulento hay un choque de partículas (por su carácter desordenado) esto produce que haya una mayor velocidad.
Por otro lado, también se puede hacer un análisis respecto a las pérdidas; y es que tal y como se puede apreciar en los datos y resultados obtenido en la práctica, el flujo laminar es el que presenta menores pérdidas, fenómeno que tiene su raíz en que las pérdidas son aumentadas en factores como la velocidad y la fricción entre las líneas de flujo, por consecuente el flujo laminar maneja menores velocidades y debido a su carácter lineal no va a presentar fricción entre las líneas de flujo.
CONCLUSIONES
De acuerdo a los resultados calculados a partir de los datos recolectados se puede establecer que con respecto a las pérdidas experimentales en el flujo laminar se puede apreciar que hay un error correspondiente al 15% aproximadamente; error que puede ser atribuido muy posiblemente a una mal manejo del equipo por parte de los estudiantes; así como también una mala lectura, teniendo en cuenta que el flujo al ser laminar es mas difícil de obtener.
Por otro lado, respecto al flujo turbulento se puede observar que el error se reduce un poco, siendo este del 9%, reducción que tiene su base en que fue la segunda vez que se manejaba el equipo (la primera fue con flujo laminar) y ya se tenía un mejor control de la situación; a esto se le puede agregar que el flujo turbulento es mas fácil de obtener.
BIBLIOGRAFÍA
* No se concluye si se obtuvo las mediciones dentro de los rangos establecidos por el fabricante..!
ResponderBorrar* El dato del error no se especifica cómo fué calculado.