LABORATORIO DE HIDRULICA FLUJO LAMINAR Y TURBULENTOHumberto muoz cd.: 1101632Sebastin Hernndez cd.: 1101880

RESUMEN Esta prctica de laboratorio se llev a cabo con el fin de entender el comportamiento del flujo laminar y turbulento en un fluido en este caso el aceite que circula por una tubera lisa, se tomaron los respectivos datos en el laboratorio y luego se obtuvieron diferentes magnitudes como por ejemplo el gradiente hidrulico, el caudal, la velocidad media y el nmero de Reynolds, el coeficiente de friccin, y mediante graficas se diferenci el comportamiento del flujo laminar y el flujo turbulento. PALABRAS CLAVE: gradiente hidrulico, nmero de Reynolds, ecuacin de Darcy..INTRODUCCIN Cuando entre dos partculas en movimiento existe gradiente de velocidad, o sea que una se mueve ms rpido que la otra, se desarrollan fuerzas de friccin que actan tangencialmente a las mismas. Las fuerzas de friccin tratan de introducir rotacin entre las partculas en movimiento, pero simultneamente la viscosidad trata de impedir la rotacin. Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes estados de flujo. Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es mayor que la de friccin, las partculas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca energa, el resultado final es un movimiento en el cual las partculas siguen trayectorias definidas, y todas las partculas que pasan por un punto en el campo del flujo siguen la misma trayectoria. Este tipo de flujo fue identificado por O. Reynolds y se denomina laminar, queriendo significar con ello que las partculas se desplazan en forma de capas o lminas. Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la friccin entre partculas vecinas al fluido, y estas adquieren una energa de rotacin apreciable, la viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotacin las partculas cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras, las partculas chocan entre s y cambian de rumbo en forma errtica y a este tipo de flujo se le llama turbulento.[footnoteRef:1] [1: http://es.slideshare.net/guest87d30e6/pactica-flujo-laminar-y-turbulento]

2. MARCO TERICO2.1 PRDIDAS HIDRULICASLas prdidas hidrulicas en una conduccin pueden ser por friccin, aditamentos o accesorios. En esta prctica solamente se analizar friccin en una tubera lisa y las ecuaciones de , , .2.2PRDIDAS POR FRICCIN. Las prdidas por friccin dependen del tipo de tubera y flujo por tal razn se dan diferentes ecuaciones que se utilizan para calcular las prdidas por friccin en diferentes tipos de tuberas y condiciones de flujo.2.3 DARCY-WEISBACHPara un flujo permanente, en un tubo de dimetro constante, la lnea de cargas piezomtricas es paralela a la lnea de energa e inclinada en direccin del movimiento.

Dnde: Prdida por friccin, en m Factor de friccin, sin dimensiones Longitud del tubo, en m Dimetro, en m Velocidad media, en m/s. Aceleracin de la gravedad, en m/s22.4 FLUJO LAMINAR

2.5 FLUJO TURBULENTO

2.6 PENDIENTE DE FRICCINRepresenta la relacin entre la prdida de energa y la longitud del tubo en que sta ocurre (pendiente de friccin).

2.7 HAZEN WILLIAMSEn 1920 publicaron los resultados de los experimentos disponibles sobre flujo en tuberas, para agua, temperatura ambiente, flujo turbulento y tubera rugosa. Se propuso la siguiente ecuacin:

Donde Velocidad en m/s Constante Dimetro Pendiente de la lnea de energa (prdidas de carga por unidad de longitud del conducto)2.8 COLEBROOK Y WHITEPresentaron la siguiente frmula emprica iterativa para ser aplicada a la zona de transicin de flujo laminar a turbulento, la cual es:

Vlida para > 4000Para el caso particular de tuberas lisas la rugosidad relativa, es decir la relacin entre la rugosidad en las paredes de la tubera y el dimetro de la misma, es muy pequeo con lo que el trmino es muy pequeo y puede despreciarse el primer sumando situado dentro del parntesis de la ecuacin anterior. Quedando en este caso particular la ecuacin del siguiente modo:

2.9 FLUJO EN TUBERAS

Es la prdida de carga o cada en la lnea hidrulica de altura en la longitud del tubo , y se puede medir con un manmetro diferencial fijado en aberturas de piezmetro en las secciones 1 y 2 separadas una distancia L.3.0 NUMERO DE REYNOLDS

Reynolds en el ao de1883 con base en sus experimentos fue el primero que propuso el criterio para distinguir ambos tipos de flujo mediante el nmero que lleva su nombre, el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre la inercia. En el caso de un conducto cilndrico a presin, el nmero de Reynolds se define as:

Donde, Velocidad media [LT-1] (m/s) Dimetro del conducto [L] (m) Nmero de Reynolds (adimensional) Viscosidad cinemtica del fluido [L2T-1] (m2/s)3.2 EXPERIMENTO3.2.1 PROCEDIMIENTO1. Prender el equipo y encender la bomba.2. Abrir la vlvula reguladora de caudal (3 vueltas).3. Purgar la cmara del perturbador abriendo la vlvula de purga.4. Una vez lleno el perturbador cerrar la vlvula de purga procurando que no queden burbujas en este. Con este caudal se realiza la primera lectura de rgimen laminar.5. Medir la temperatura inicial () en el tanque de depsito de aceite (junto a la bomba). Anotar esta lectura en la tabla de toma de datos anexa.6. Ubicarse en el mltiple de piezmetros. Purgar los piezmetros, abriendo la vlvula de purga (parte superior) y todas las vlvulas de los piezmetros (Aprox. Un minuto), a excepcin de las vlvulas que conectan los dos manmetros.7. Al completar el minuto se cierran todas las vlvulas a excepcin de las dos vlvulas que comunican el mltiple con la cruz de bronce.8. Abrir la vlvula correspondiente al manmetro de aceite y tomar medidas de presin de cada piezmetro y anotarlas en la tabla de toma de datos anexa. El piezmetro de la bomba (1) se debe medir con el manmetro de mercurio y los piezmetros restantes con el manmetro de aceite. En caso de que en la escala de mercurio no exista diferencia entre una lectura y otra se debe proceder a tomar lecturas con el manmetro de aceite.9. Para medir el peso del caudal no hay que modificar la abertura de la vlvula de regulacin. Cerrar la vlvula de guillotina (salida del tanque gravimtrico). Debajo del tanque se encuentra la balanza electrnica, evitar pesos adicionales sobre ella. 10. Abrir la compuerta con la palanca para que permita el paso del fluido al tanque gravimtrico observando que el valor de la balanza aumente en Kg, 11. se debe dejar unos 15 segundos para iniciar la toma del tiempo y finalizar en el momento en que la balanza muestre un peso de 30 Kg. Anotar el dato de tiempo () y de peso () en la tabla de datos.12. Cerrar la compuerta con la palanca y realizar la lectura de temperatura final () en el tanque gravimtrico. Anotar la lectura en la tabla de toma de datos anexa. 13. Se abre nuevamente la vlvula de guillotina del tanque gravimtrico.14. Repetir cuatro veces el procedimiento con diferentes caudales, es decir, abriendo paulatinamente la vlvula de regulacin de caudal.

3.2.2 RESULTADOSeste es el punto 3Variacin del gradiente hidrulico con la velocidadSe grafic Velocidad Vs. Gradiente hidrulico donde se puede observar que los valores crticos de la velocidad para el flujo laminar son 2.14m/s y 2.36m/s y para el flujo turbulento es 3.69m/s el valor del gradiente hidrulico y la velocidad se nombran anteriormente en otros clculos de igual forma es semejante los clculos de ambos tipos de Fluidos.flujo laminar

PIEZOMETROSHfVelocidad (,m/s)

Q1 3,93 2,36

Q2 4,12 2,12

Q3 3,51 2,14

Q4 3,32 1,98

Q5 2,57 1,70

Tabla1

Grafica 1flujo turbulento

PIEZOMETROSHfVelocidad (,m/s)

Q1 5,55 2,07

Q2 4,77 1,89

Q3 4,75 3,69

Q4 4,38 1,83

Q5 0,92 0,68

Tabla 2

Grafica2

ANLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONESLos datos obtenidos, y los clculos realizados durante la Prctica N1 que hace referencia al flujo laminar y turbulento, realizada el da 16 de febrero de 2015 en las instalaciones del laboratorio de hidrulica de la Universidad Militar Nueva Granada, que estuvo a cargo del docente Ing. Vctor Andrade, se analiz las perdidas hidrulicas del sistema de Laboratorio en condiciones de dos sistemas de flujos diferentes normalizados por el nmero de Reynolds, se concluy durante la prctica que las perdidas hidrulicas del sistema se relacionan a las perdidas por friccin, para calcular dichas perdidas se utiliz la ecuacin de Darcy- W, porque las otras teoras no aplicaban por que el fluido a analizar era un aceite, en primera instancia las lneas piezometrica son las esperadas en cuanto un medio conceptual u analtica con prdidas graduales a medida que se analizaba cada piezmetro, durante la toma de Datos se concluy que tal vez hubo una falla durante la toma de datos, en el tiempo o en alguna otra variable , por ende la velocidad tomo un dato inesperado lo que llevo a un salto en los datos del nmero de Reynolds, la forma en la que se hall las perdidas fue con la de Darcy- W. y para poder obtener la relacin del coeficiente de Friccin es con una relacin inversamente proporcional al nmero de Reynolds lo que nos lleva al cambio en dichos datos.