PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 

Para esta práctica de laboratorio para la determinación de pérdidas por fricción en tuberías, se requirió del siguiente equipo el cual se muestra a continuación: 

Módulo GUNT HM 150 1. Panel de instrumentos 2. Válvula de salida 3. Empalme para medición de presión 4. Manómetro de agua 5. Manómetro de aguja 6. Depósito vertical 7. Válvula de cierre para alimentación de agua en el bypass 8. Bypass 9. Empalme de manguera para alimentación de agua 10. Válvula de cierre para entrada de agua en el depósito vertical 11. Válvula de cierre para salida de agua en el depósito vertical 12. Empalme para medición de presión 13. Tramo de tubo 14. Mangueras de fácil acople 

Además de tener este equipo disponible, también se requirió de un cronómetro y de un recipiente el cual estuviese rotulado para la medición de volúmenes de fluidos.

Para la determinación de perdidas por fricción con flujo laminar, el equipo se debió ajustar de una manera diferente a la que si el experimento se llevase a cabo con el flujo turbulento. De esta manera se comenzó con el flujo laminar para estudiar sus pérdidas por fricción en el tubo. Su conexión fue de la siguiente manera:

Se conectaron con dos mangueras de acople los empalmes 3 y 12 a los dos manómetros de agua del punto 4, esto debido a que por ser un flujo laminar se requiere de que todo el fluido se mueva dentro de la tubería de manera constante y sobre todo ordenada por lo que el caudal va a ser muy bajo. Se tomaron tres caudales diferentes con tres presiones en el manómetro de agua diferentes. Los volúmenes registrados fueron obtenidos gracias a un recipiente especialmente para registrar volúmenes de fluidos.

Para la segunda parte que es la determinación de perdidas con un flujo turbulento, el equipo tuvo ciertos cambios los cuales fueron en las mangueras de acople rápido, pues estas se conectaron en los dos empalmes 12 y 3 esta vez no al manómetro de agua sino que al manómetro de aguja. Esto se ve necesario ya que el caudal tendrá que ser mucho mayor para poder obtener un flujo turbulento, pues la presión ahora ser a su vez mayor por lo que los manómetros de agua no alcanzarán a registrar la presión real obtenida con este nuevo caudal. El reciente usado para el flujo lamiar fue el miso usado para el turbulento con la única diferencia de que se tomaron volúmenes mucho más grandes para poder obtener mejores resultados a la hora de hacer los cálculos experimentales y compararlos con los resultados reales.DATOS

CÁLCULOS

1. Determinación del caudal

2. Determinación de la velocidad

3. Determinación del número de Reynolds

4. Determinación de pérdidas primarias experimentales

4.1. Flujo laminar

4.2. Flujo turbulento

5. Determinación del factor de fricción experimental

6. Determinación del factor de fricción teórico6.1. Flujo laminar

6.2. Flujo turbulentoDiagrama de Moody

7. Determinación de las pérdidas primarias teóricas

ANALISIS DE DATOS

En la imagen se puede ver como es el comportamiento del flujo laminar, el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas. Un flujo turbulento caracterizado por un movimiento desordenado, no estacionario y tridimensional se puede representar como la imagen anterior en la parte inferior. Las líneas rojas representan el perfil de la velocidad para cada uno de los comportamientos. 

Esta diferencia en perfiles se debe al movimiento caótico de las moléculas en el flujo turbulento, lo cual produce choques violentos entre las mismas y una transferencia de momento elevada entre moléculas, lo que deriva en una distribución de velocidad más uniforme que en el caso laminar. Sin embargo, en el flujo turbulento siempre existe una delgada capa cerca de las superficies, donde la velocidad es pequeña, y en la cual el flujo puede considerarse laminar. El grueso real de dicha capa límite influye en el perfil de velocidades, así como en la pérdida de carga. La forma del perfil depende del factor de fricción, y este depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa del conducto.

En la imagen anterior se observa el comportamiento estándar de las pérdidas primarias (perdidas de carga) con respecto a la velocidad. Al lado derecho de la gráfica describe a los flujos turbulentos los cuales presentan pérdidas primarias mayores; y a la izquierda los laminares. Las perdidas primarias aumentan a medida que la velocidad del fluido aumenta. En la gráfica también se observa una etapa de transición de flujo laminar a turbulento. 

El efecto de la rugosidad de la superficie es favorecer el desprendimiento y la turbulencia del flujo. Sin embargo, si el flujo es laminar, la velocidad es lenta, la viscosidad alta y la corriente por tanto no sufren perturbaciones debidas a las perturbaciones del contorno. Por tanto, en régimen laminar, el factor de fricción no es función de la rugosidad. Puesto que el flujo laminar se produce a altas viscosidades o bajas velocidades, las mayores pérdidas de carga se deben a fricciones entre las capas de fluidos.CONCLUSIONES La pérdida de presión se debe a la intervención de las tensiones de corte provocadas por la viscosidad del fluido, la fricción interna entre las capas del fluido y entre el fluido y las paredes del tubo.

Las pérdidas primarias son mayores en el flujo turbulento debido a que alcanza velocidades más altas en comparación con el flujo laminar. El movimiento caótico de las moléculas en el flujo turbulento, produce choques violentos entre las mismas y una transferencia de momento elevada entre moléculas, lo que deriva en una distribución de velocidad más uniforme que en el caso laminar.

El factor de fricción depende de la velocidad, el diámetro de tubería, la densidad, la viscosidad y de la rugosidad de la superficie del conducto (en el flujo turbulento) la cual depende del tipo de material y del acabado del mismo. Este factor es mayor para flujos turbulentos.