Practica de Lab Termofluiidos - Flujo Laminar y Turbulento

1

UNIVERSIDAD nororientalUNIVERSIDAD nororiental privadaprivada

“GRAN MARISCAL DE“GRAN MARISCAL DE AYACUCHO”AYACUCHO”

FACULTAD DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA

LABORATORIO DE termofluidos LABORATORIO DE termofluidos

Integrantes:

Daimar Carvajal v-19.984.125. Wilmêr Guaramata v- 16.064.164. Rafael González v-19.775.555. Ricardo sosa v-16.963.743. Luis camero v-19.312.083. Gonzalo mirabella e-82.245.299. Ana Solís v-20.712.135. Eulimar barrios v-20.711.796.

Profesor: Jesús córdoba. Sección. N: 1.

Flujo laminar y turbulento

2

Martes, 27 de marzo de 2012.

INDICE

Págs.

I. Introducción

II. Objetivo de la práctica ………………………………………………………. 4.

III. Marco Teórico………………………………………………………………... 5.

IV. Descripción del equipo……………………………………………………… 9.

V. Procedimientos experimentales…………………………………………… 11.

VI. Datos experimentales……………………………………………………….. 12.

VII. Procesamiento de datos…………………………………………………….. 14.

VIII. Conclusión y Recomendaciones……………………………………………. 27.

IX. Bibliografía……………………………………………………………………… 28.

INTRODUCCIÓN

3

Cuando se estudia el movimiento de un líquido en tuberías, el fluido dependerá de tres parámetros físicos esenciales que describirán las condiciones del flujo: la longitud, la velocidad, el tiempo y la viscosidad cinemática. A la hora de analizar la viscosidad del fluido, un flujo se puede clasificar en laminar o turbulento; Cuando un líquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en líneas paralelas a lo largo del eje del tubo; a este régimen se le conoce como “flujo laminar". Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada velocidad crítica, el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este régimen se le conoce como “flujo turbulento" donde el número de Reynolds será un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describirá dichas condiciones.

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

El objetivo de la práctica es investigar los regímenes de flujo laminar y

turbulento de un líquido en una tubería y determinar los números de Reynolds

críticos inferior y superior.

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynolds

4

MARCO TEÓRICO

Rapidez de Flujo de Fluido;

La rapidez de flujo de fluido puede expresarse de las siguientes 3 formas:

a) Rapidez de flujo de volumen (Caudal): Representa la cantidad de volumen

del fluido que circula por una sección por unidad de tiempo.

Formula:

Q = A x V

5

Unidades: (m3 /seg) o (pie3 /seg)

b) Rapidez de flujo de peso (W): Representa la cantidad de peso de fluido que

circula por una sección en la unidad de tiempo.

Formula:

W = x Q

Unidades: (KN/seg) o (Lb/seg)

c) Rapidez de flujo de masa (M): Representa la cantidad de masa de fluido que

circula por una sección en la unidad de tiempo.

Formula:

M = x QUnidades: (Kg/seg) o (Slug/seg)

Bomba Centrifuga:

Son aquellas que convierten la energía cinética en energía potencial. Este

trabajo se logra por medio de un impulsor que al rotar, valiéndose de la acción de la

fuerza centrífuga, descarga a una voluta (canal anular) o un difusor, los cuales

transforma la velocidad de flujo de presión.

Caudal:

Es la relación entre el volumen de liquido que circula a través de una sección

dada de una conducción y el tiempo invertido en dicha circulación; se trata, pues del

cociente Q = Volumen / Tiempo, medido en m3/seg. o a veces, en litros por

segundos o por minutos.

Cronometro:

Es un reloj grande y muy resistente diseñado especialmente para medir con

precisión el tiempo. El nombre se aplica a veces a cualquier reloj de calidad. Las

características que distinguen un cronometro de un reloj son:

1. Un volante pesado, cuyo eje se mantiene siempre vertical.

6

2. Un resorte de balance enrollado en forma cilíndrica, en lugar de una hélice

plana.

3. Un escape especial.

4. Un huso mediante el cual funciona la fuerza motriz del muelle a través de una

palanca de longitud variable, que es más corta cuando el resorte se enreda con

fuerza y más larga cuando este deja de hacer tensión; así se regula, la energía que

se transmite, por lo que esta aproximadamente constante todo el tiempo.

Manómetro:

Es un instrumento destinado a medir la presión de un liquido o de un gas, o la

diferencia entre dos presiones.

Válvula de Regulación de Flujo:

Es un dispositivo destinado a interceptar el paso de un fluido por una

conducción. Una válvula es capaz de dejar paso a un fluido o de cerrárselo; la

elección entre ambas alternativas puede proceder de una maniobra de un operador

(válvulas controladas) o de la sensibilidad de la válvula frente a una magnitud física

característica del fluido, tal como la presión o la temperatura.

Presión:

Es la relación entre la intensidad de una fuerza y el área de la superficie

sobre la cual actúa.

Presión de Descarga:

Es la presión de la salida de una bomba o tubería.

Presión de Entrada:

Es la presión de medida a la entrada de un sitio determinado. En una bomba se

refiere a la presión de succión.

Velocidad del Fluido:

Los factores que afectan la elección de una velocidad de fluido satisfactoria

en los sistemas de fluido son numerosos. Algunos de los más importantes son el tipo

de fluido, la longitud del sistema de flujo, el tipo de conducto o de tubo, la caída de

presión que puede tolerar, los dispositivos (como bombas, válvulas, etc.), que se

pueden conectar al conducto a la tubería, la temperatura, la presión y el ruido.

Cálculo del Área de una Tubería Circular:

7

Es importante saber que los tubos de gran área disminuyen la velocidad del fluido y de igual manera los tubos de poco área aumentan considerablemente la velocidad del fluido. Normalmente para calcular el área de una tubería existen tablas que nos dan estos valores directamente pero si queremos determinar estos valores nosotros mismos podemos utilizar la formula:

Válvulas y Conectores :

Los elementos que controlan la dirección o la rapidez de flujo de un fluido en

un sistema, típicamente son las válvulas y los conectores pero estos a su vez

establecen turbulencias locales en el fluido, ocasionando que la energía se disipe en

forma de calor, es decir, que se produzca una pérdida de energía en el sistema.

Estas pérdidas de energía se presentan siempre que haya una restricción, un

cambio de velocidad o de dirección y si que queremos eliminar estas pérdidas

simplemente eliminamos los factores que la ocasionan.

Números de Reynolds:

Estos son números a dimensionales en donde su flujo depende del diámetro de la boquilla por donde circulan. Los números de Reynolds son de Flujo laminar cuando son < 2000 y de flujo turbulento cuando son >4000. Entre 2000< R <4000 es un flujo en transición no definido.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

A = π .d2

4

8

El equipo utilizado para realizar la práctica del Flujo laminar y turbulento consta de:

- Nombre del equipo: Banco Hidráulico

- Marca: Cussons Technology

- Modelo: M7 IRH

- Serial Nº: P6100/513

- Voltios (V): 120 V

- Potencia: 380 watt

- Frecuencia de 60 Hz

- Caballo de fuerza: 1 hp

Elementos utilizados

Para esta práctica se utilizaran los siguientes elementos o accesorios:

Cabezal P6103

Placas orificio P6223 de 3 mm, 5 mm y 8 mm.

Cronómetro

Partes del equipo

En sí el banco hidráulico posee muchas partes, las cuales serán mencionadas

y mostradas en una figura a continuación:

1) Manómetro P6106.

2) Tanque de salida de cabeza variable P6104.

3) Medidor de presión.

4) Tanque de medida volumétrico.

5) Escala del tanque de medida.

6) Válvula de salida del tanque de medida.

7) Reservorio para movilidad.

9

8) Ruedas para movilidad.

9) Manómetro de succión.

10) Válvula de succión.

11) Bomba Centrífuga.

12) Posición para el montaje de la bomba auxiliar.

13) Rotámetro P6108.

14) Unidad de control de velocidad y switch on/off.

15) Registrador a la velocidad de la bomba.

16) Válvula de regulación de flujo.

17) Tubería P6220.

18) Tanque de entrada de cabeza constante P6103.

PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

1. Verificar que el equipo esté disponible, instalar la sección de tubería que utilizara

(iniciar con la sección de 2mm)

2. Colocar el tubo del tanque de salida en posición totalmente horizontal

3. Encender la bomba, regular la velocidad en un margen de 40 a 60rpm

4. Ajustar la válvula reguladora de flujo del banco de tal forma que proporcione

flujo al tanque de entrada

5. Conectar las mangueras de los manómetros a la sección de tuberías instaladas,

asegurar que no existan burbujas de aire en los tubos del manómetro

6. Fijar una altura en el tanque de entrada, se recomienda comenzar con 6 cm e ir

en pasos de 3 en 3cm hasta alcanzar una altura de 15 cm. Luego seguir con

pasos de 5 en 5 cm hasta alcanza la máxima altura de 45 cm

7. Una vez fijada una altura, la cual se puede regular mediante la manipulación de

la válvula reguladora, tomar notas de los manómetros tanto de entrada como de

salida

8. Medir el caudal, con el recipiente recolector medir la cantidad de flujo que sale

por el tubo de descarga del tanque de salida, en un tiempo determinado

10

9. Una vez tomado los datos, proceda a fijar una nueva altura en el tanque de

entrada. Luego el tubo de descarga del tanque de salida levantar levemente

hasta el momento en el cual deja de salir fluido. Repetir los pasos 7 y 8

10.Una vez alcanzada la altura en el tanque de entrada de 45 cm apagar el sistema.

Proceder a descargar los tanques y proceda a cambiar el tramo de tubería

11.Una vez cambiado el tramo de tubería repetir el procedimiento hasta

completarlo. Repetir el procedimiento hasta asegurarse de haber utilizado los

tramos de tuberías 2 mm, 7 mm y 10mm

DATOS EXPERIMENTALES

Tabla # 1: Con la válvula 100% abierta.

Altura del Tiempo (seg)

Volumen Presión Entrada

Presión Salida Q Q

tanque (cm)

Recolectado (ml) (cm agua) (cm agua) (Lts/seg) (m³/seg)

20 10 208 19 16,5 20.8 x10-3 20.8 x 10-6

25 10 333 25 23,5 33,3 x10-3 33,3 x 10-6

30 10 250 30 28,5 25 x10-3 25 x 10-6

35 10 166 35 33,5 16,6 x10-3 16,6 x 10-6

40 10 125 40 39 12,5 x10-3 12,5 x 10-6

45 10 416 45 42,5 41,6 x10-3 41,6 x 10-6

Altura del Tiempo (seg)

Volumen Presión Entrada

Presión Salida Q Q

tanque (cm)

Recolectado (ml) (cm agua) (cm agua) (Lts/seg) (m³/seg)

20 10 250 20 16,5 25 x10-3 25 x 10-6

25 10 333 25 23 16,6 x10-3 16,6 x 10-6

30 10 166 30 28,5 12,5 x10-3 12,5 x 10-6

35 10 125 35,5 33 8 x10-3 8 x 10-6

40 10 80 40,5 38 4,1 x10-3 4,1 x 10-6

45 10 41 45,5 43 33,3 x10-3 33,3 x 10-6

Tabla # 2: Con la válvula 50% abierta.

11

Temperatura del agua 25°C.

Propiedades del agua a 25°C:

Densidad (Kg / m³) Viscosidad dinámica (Pa*seg)

997 8.91 x 10-4

Sección de prueba:

D = 10 mm

D = 0.01 m

* D²

A =

4

* (0.01m)²

A =

4A2 = 7.85 x 10-5 m²

12

PROCESAMIENTO DE DATOS

Cálculo de las velocidades:

Q = A x V Q = caudal m³ / seg

A = área m²

V = velocidad m / seg

V = Q / A

1.- Cálculo de velocidades.

1.1) Con H = 25 cm

20.8 x 10-6 m³/seg

V1.1 = V1.1 = 0.264 m/seg.

7.85 x 10-5 m²

1.2) Con H = 30 cm

33.3 x 10-6 m³/seg

V1.2 = V1.2 = 0.424 m/seg.

7.85 x 10-5 m²

1.3) Con H = 35 cm

25 x 10-6 m³/seg

V1.3 = V1.3 = 0.318 m/seg

13

7.85 x 10-5 m²

1.4) Con H = 40 cm

16.6 x 10-6 m³/seg

V1.4 = V1.4 = 0.211 m/seg

7.85 x 10-5 m²

1.5) Con H = 45 cm

12.5 x 10-6 m³/seg

V1.5 = V1.5 = 0.59 m/seg.

7.85 x 10-5 m²

1.6) Con H = 50 cm

41.6 x 10-6 m³/seg

V1.6 = V1.6 = 0.529 m/seg.

7.85 x 10-5 m²

Cálculo de las velocidades.

2.1) Con H = 25 cm

25 x 10-6 m³/seg

V2.1 = V2.1 = 0.318 m/seg.

7.85 x 10-5 m²

14

2.2) Con H = 30 cm

33.3 x 10-6 m³/seg

V2.2 = V2.2 = 0.424 m/seg

7.85 x 10-5 m²

2.3) Con H = 35 cm

16.6 x 10-6 m³/seg

V2.3 = V2.3 = 0.211 m/seg.

7.85 x 10-5 m²

2.4) Con H = 40 cm

12.5 x 10-6 m³/seg

V2.4 = V2.4 = 0.59 m/seg.

7.85 x 10-5 m²

2.5) Con H = 45 cm

8 x 10-6 m³/seg

V2.5 = V2.5 = 0.101 m/seg.

7.85 x 10-5 m²

2.6) Con H = 50 cm

4.1 x 10-6 m³/seg

V2.6 = V2.6 = 0.052 m/seg.

15

7.85 x 10-5 m²

B.- Cálculo del número de Reynolds y determinación del tipo de flujo.

V xD x NR = número de Reynolds, adimencional

NR = V = velocidad, m/seg

D = diámetro, m

= densidad, Kg/m³

= viscosidad dinámica, Pa*seg

Criterio para establecer el tipo de flujo:

NR 2000 flujo laminar

NR 4000 flujo turbulento

2000 NR 4000 flujo indeterminado, zona crítica

1.- Cálculo del número de Reynolds y tipo de flujo

1.1 Con H = 25 cm

0.264 m/seg * 0.005 m *997 Kg/m³

NR1.1 =

8.91 x 10-4 Pa * seg

NR1.1 = 2954.07 flujo indeterminado, zona crítica

16

1.2 Con H = 30 cm

0.424 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR1.2 =

8.91 x 10-4 Pa * seg

NR1.2 = 47.4442 flujo turbulento

1.3 Con H = 35 cm

0.318 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR1.3 =

8.91 x 10-4 Pa * seg


1.4 Con H = 40 cm

0.211 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR1.4 =

8.91 x 10-4 Pa * seg

NR1.4 = 23.61.02 flujo indeterminado, zona crítica

1.5 Con H = 45 cm

0.59 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR1.5 =

8.91 x 10-4 Pa * seg

17


1.6 Con H = 50 cm

0.529 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR1.6 =

8.91 x 10-4 Pa * seg


2.- Cálculo del número de Reynolds y tipo de flujo.

2.1 Con H = 25 cm

0.318 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR2.1 =

8.91 x 10-4 Pa * seg


2.2 Con H = 30 cm

0.424 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR2.2 =

8.91 x 10-4 Pa * seg


18

2.3 Con H = 35 cm

0.211 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR2.3 =

8.91 x 10-4 Pa * seg


2.4 Con H = 40 cm

0.59 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR2.4 =

8.91 x 10-4 Pa * seg


2.5 Con H = 45 cm

0.101 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR2.5 =

8.91 x 10-4 Pa * seg

NR2.5 = 1130.15 flujo laminar

2.6 Con H = 50 cm

0.052 m/seg * 0.010 m *997 Kg/m³

NR2.6 =

8.91 x 10-4 Pa * seg

19


C.- Determinación del factor de fricción

- Para flujo laminar: f = 64 / NR

f = (factor de fricción).

- Para flujo turbulento:

El diagrama de Moody muestra el factor de fricción (f) graficado contra el número de Reynolds con una serie de curvas paramétricas relacionadas con la rugosidad relativa del conducto D /

D = diámetro del conducto, m

= rugosidad promedio, m

Para conductos de plástico y vidrio no aplica D / .

1.- Factor de fricción.

1.1 Con H = 25 cm


Mediante el diagrama de Moody ubicamos que f1.1 = 0.026

1.2 Con H = 30 cm


20


1.3 Con H = 35 cm



1.4 Con H = 40 cm

NR1.4 = 23.61.02 flujo indeterminado, zona crítica


1.5 Con H = 45 cm



1.6 Con H = 50 cm



2.- Factor de fricción.

21

2.1 Con H = 25 cm



2.2 Con H = 30 cm



2.3 Con H = 35 cm



2.4 Con H = 40 cm



2.5 Con H = 45 cm



2.6 Con H = 50 cm

22



CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Al final de realizar la práctica se pudo concluir que a mayor velocidad mayor número de Reynolds, esta condición es afectada por el diámetro del conducto, el cual a menor tamaño aumenta la presión del fluido y a mayor tamaño lo disminuye, esto se observa en forma clara al comparar las velocidades obtenidas a diferentes alturas en el diámetro menor y el diámetro mayor.

En cuanto al factor de fricción, este disminuía su valor a medida que aumentaba el número de Reynolds, en general este fue el comportamiento que obtuvimos del flujo volumétrico en el sistema.

- Antes de iniciar la práctica se debe verificar que la máquina este totalmente desconectada.

23

- A la hora de trabajar con el banco hidráulico hay que preguntar primero como se utiliza el equipo para de esta manera evitar cualquier inconveniente y también para que se puedan tomar datos precisos en la práctica.

- Es recomendable realizar un adecuado mantenimiento preventivo adecuado al banco hidráulico para evitar fallas.

- Tener cuidado al operar el equipo al realizar la práctica porque un manejo erróneo de este, puede causar la avería de algunos de sus componentes.

BIBLIOGRAFÍA

MILLER, Joseph. Enciclopedia Hombre, Ciencia y Tecnología. Primera Edición.

Editorial Océano S. A. México 2000.

MOTT, Robert. "Mecánica de fluidos aplicada". Cuarta edición. Editorial Prentice Hall. México, 1996.

MILLER, Joseph. “Enciclopedia Hombre, Ciencia y Tecnología”. Primera

Edición. Editorial Océano S. A. México 2000.

Practica de Lab Termofluiidos - Flujo Laminar y Turbulento

Documents

Transcript of Practica de Lab Termofluiidos - Flujo Laminar y Turbulento