Experiencias de Nikuradse

Experiencias de Nikuradse. Valor del coeficiente de fricción según el régimen de funcionamiento. Como ya comentamos al hablar de las rugosidades absoluta y relativa, Nikuradse, discípulo de Prandtl, experimentó con tubos de rugosidad artificial conocida, creada por él mismo pegando en el interior de un tubo liso (de vidrio) arenas tamizadas, es decir, de diámetro conocido, con lo que la rugosidad artificial de estos "tubos arenisca" era conocida. Variando los caudales que circulaban por estos tubos obtuvo un diagrama en el que se relacionan los valores de K/D y Re con los hallados para f. También experimentó experimentó con tubos lisos. Nikuradse obtuvo verdaderas semejanzas geométricas entre conducciones de diferentes diámetros, creando rugosidades artificiales proporcionales a éstos. Mediante una adecuada combinación de

y D, obtuvo seis valores de

/D, desde 1/30 hasta 1/1.014.

Los resultados de estas experiencias, realizadas en Gottingen y publicadas en 1933 aparecen en el diagrama logarítmico de la siguiente figura.

Figura 3.8. Expresión de Nikuradse

Los valores del coeficiente de fricción según el régimen de funcionamiento son:

a) Re ≤ 2000, régimen laminar, por lo que Tomando logaritmos: log f = log 64 - log Re , que es la ecuación de una recta (AB) conocida como recta de Poiseuille. Poiseuille. b) 2000 2000 Re 4000, 4000, zona zona crítica crítica o inestab inestable le de de transic transición ión al al régimen régimen turbulen turbulento, to, defini definida da por por la curva BC.

c) Re

4000, zona de régimen turbulento liso que corresponde a la recta CD, llamada recta

de Von Karman (1930), y cuya ecuación es:

 Aunque

no aparece en forma explícita, es función del Re.

d) Zona de transición del régimen turbulento, en la que

.

Para las tuberías comerciales en esta zona se utiliza la fórmula de White-Colebrook (1938):

e) Zona de flujo turbulento rugoso, en la que se verifica la expresión:

(Nikuradse, 1933) en la que f es independiente de Re, f = f(K/D). Gráficamente se observa esta independencia del número de Reynolds, ya que en esta zona las rectas son paralelas al eje Re (eje de abcisas). La región de turbulencia completa (rugosa) limita con la de transición mediante la recta FG, denominada curva de Moody, de expresión:

Dividiendo por De manera que turbulento rugoso.

se obtiene: . En la práctica, para

donde se puede considerar el flujo como