P01 Flujo Laminar y Turbulento

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

Flujo Laminar y Turbulento

Informe de Laboratorio

Codificación: PIC-LH1-P01 Número de Revisión No.: Páginas: 0 16 Fecha Emisión: (2010/08/05)

Laboratorio de: Hidráulica Título de la Práctica de Laboratorio: Flujo Laminar y Turbulento

Elaborado por:  Alf. Bello Ñustes Alfredo  Alf. Calderon Vargas Jhon  Alf. Valero Triana Alfredo

Revisado por:

Aprobado por:

Señor Docente Diego Pulgarin

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Flujo Laminar y Turbulento

RESUMEN PRACTICA En la siguiente practica de Flujo Laminar y Turbulento se pretende observar la deformación que va a presentar un determinado fluido desde diferentes posiciones y de acuerdo a su desplazamiento, velocidad y aceleración, se podrá determinar si el fluido será uniforme o no uniforme. De acuerdo a esto, se realizó un experimento en el cual se evaluaron las características del fluido, para este caso aceite, el cual se iba haciendo que tuviese una transición de estado y tomando datos de la variación del caudal a medida que este pasaba por la tubería, de esta manera, se pudo determinaba el número de Reynolds con el fin de verificar el régimen en el que se encontraba y a partir de las ecuaciones de Darcy  –  Weisbach y el diagrama de Moody se determinaron las perdidas energéticas para cada uno de los 8 caudales diferentes que se tomaron 3 de manera ascendente y 3 descendente. Con el anterior experimento pude llegar a la conclusión de que los fluidos en régimen turbulento presentan una mayor cantidad de pérdidas por fricción debido al gradiente de velocidad que posee.

INTRODUCCION Para conocer el régimen en el que se encuentra un fluido se debe tener en cuenta varios factores y de lo que depende principalmente es de la viscosidad, velocidad y diámetro que tenga el tubo, pues, si se trata de un canal o de algún sistema de distribución de aguas. En la práctica se puede ver que cuando el fluido pasa por el tubo se obtienen variables como el tiempo, el peso y la diferencia de alturas; sirviendo para que nosotros podamos determinar las perdidas energéticas del líquido en estudio. En la mayor parte de los canales abiertos el flujo laminar ocurre con muy poca frecuencia. El hecho de que la superficie de una corriente aparezca lisa y transparente a un observador no indica que el flujo es laminar; más probablemente, esto indica que la velocidad superficial es menor que la requerida para la formación de ondas de capilaridad.

ANALISIS DE RESULTADOS Utilizando los datos obtenidos en el laboratorio se hicieron los respectivos cálculos para hallar las siguientes variables: caudal, velocidad, Número de Reynolds, viscosidad, fricción, pérdidas por fricción y gradiente hidráulica. Todo este análisis de datos y ecuaciones se aplicaron para ambos flujos: FLUJO LAMINAR y FLUJO TURBULENTO. El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor Página 2 de 11

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Flujo Laminar y Turbulento

FOTOGRAFIAS LABORATORIO

RESULTADOS ESPERADOS Flujo Turbulento

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Flujo Laminar y Turbulento

lineas piezometricas de energia 15     )    m10     (    a    m 5    c

0 1

2

3

4

5

6

7

8

# piezometro

Q1

Q2

Q3

Q4

Flujo Laminar

lineas piezometricas de energia 14 12 10

    )    m     (    a    m    c

8 6 4 2 0 1

2

3

4

5

6

7

8

# piezometro Q1

Q2

Q3

Q4

RESULTADOS EN TABLAS Y GRAFICAS Análisis Flujo Laminar Datos de Laboratorio piezometro #

Q1(cmchg) 1 2 3

Q2(cmchg) 92,3 28,2 27,3

Q3(cmchg) 91,7 29,6 28,4

Q4(cmchg) 89,2 32,6 30,6

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62,3 45,4 40,5

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Flujo Laminar y Turbulento 4 5 6 7 8 W(Kg) t(s) ρ(gr/cm^3) 

26,3 25,5 24,7 24 23,1 21 15 54,18 0,874

27,3 26,4 25,3 24,2 23,2 21,5 15 43,63 0,874

29,1 27,7 20,1 24,7 23,3 22,2 15 30,96 0,874

36,7 33,5 29,9 26,7 23,8 21,6 15 14,38 0,874

Tf(⁰C) 

21,1

21,5

21,6

21,4

Q1(mca)

Q2(mca)

T0(⁰C)

piezometro #

Q3(mca)

Q4(mca)

1

12,54357

12,46203

12,12228

8,46657

2

3,83238

4,02264

4,43034

6,16986

3

3,71007

3,85956

4,15854

5,50395

4

3,57417

3,71007

3,95469

4,98753

5

3,46545

3,58776

3,76443

4,55265

6

3,35673

3,43827

2,73159

4,06341

7

3,2616

3,28878

3,35673

3,62853

8

3,13929

3,15288

3,16647

3,23442

T0(⁰C)

21

21,5

22,2

21,6

W(kg)

15

15

15

15

t(s)

54,18

43,63

30,96

14,38

ρ(kg/m^3)

874

874

874

874

Tf(⁰C)

21,1

21,5

21,6

21,4

T promedio (⁰C)

21,05

21,5

21,9

21,5

CAUDAL(m^3/s)

0,000316768

0,000393364

0,000554343

0,001193496

}Velocidad(m/s)

1,111375924

1,380113398

1,944907867

4,187367703

viscosidad

1,55459E-05

1,53514E-05

1,51784E-05

1,53514E-05

#REYNOLDS

1361,879903

1712,628396

2441,004826

5196,243178

rugosidad relativa(ε)/D

7,87402E-05

7,87402E-05

7,87402E-05

7,87402E-05

FACTOR DE FRICCION

perdida de carga (hf)(m)

VER LA GRAFICA DE MOODY DE ABAJO VALOR EMPIRICO

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Flujo Laminar y Turbulento NUMERO DE REYNOLDS, HF TEORICO Y EMPIRICO, F, PERDIDAS Y ERRORE RELATIVO Q1(mca)

Q2(mca)

Q3(mca)

Q4(mca)

RE

1361,879903

1712,628396

2441,004826

5196,243178

F

0,052017848

0,049121464

0,044956752

0,012316591

Hf

1,203312437

1,752285626

3,184909132

4,044611027

0,69309

0,86976

1,26387

2,93544

f(empirico)

0,029961504

0,024381804

0,017840223

0,008938959

Hf/L (teorico)

0,171901777

0,250326518

0,454987019

0,577801575

Hf/L (empirico

0,099012857

0,124251429

0,180552857

0,419348571

u^2

1,235156444

1,904712992

3,782666611

17,53404828

error relativo

0,424014929

0,503642564

0,603169212

0,274234288

u critica

3,264240619

3,223380861

3,187061077

1,611690431

Perdidas

Diagrama de Moody

Perdidas de energia relativa Vs Velocidad de Flujo al Cuadrado

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Flujo Laminar y Turbulento

f Vs Re 0.035 0.03 0.025 0.02     f

0.015 0.01 0.005 0 1361.879903

1712.628396

2441.004826

5196.243178

Re

Hf/L Vs u^2 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1.235156444

1.904712992

3.782666611

17.53404828

Datos necesarios para calcular el Numero de Reynolds y ecuaciones diametro tuberia (pulgadas) diametro tuberia (m) Área tuberia(m^2)

0,75 0,01905 0,000285023

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Flujo Laminar y Turbulento LONGITUD DE LA TUBERIA (m)

7

VELOCIDAD MEDIA DE TUBERIA

2,155941223

Análisis Flujo Turbulento Datos de laboratorio piezometro #

Q1(cmchg) Q2(cmchg) Q3(cmchg) Q4(cmchg)

1

71,1

75,3

88

91,3

2

49,5

44,4

33,2

30,6

3

43,8

39,9

30,9

29,1

4

40,7

36,7

29,3

27,8

5

37,3

33,7

27,8

26,6

6

33

30,3

26,3

25,5

7

28,1

27

24,7

24,3

8

23,8

23,8

23,3

23,2

T0(⁰C) 

22,3

22,7

22,7

22,7

W(Kg)

15

15

15

15

t(s)

16,32

17,99

27,97

35,2

ρ(gr/cm^3) 

0,874

0,874

0,874

0,874

Tf(⁰C) 

22,7

22,7

22,9

22,7

piezometro #

Q1(mca)

Q2(mca)

Q3(mca)

Q4(mca)

1

9,66249

10,23327

11,9592

12,40767

2

6,72705

6,03396

4,51188

4,15854

3

5,95242

5,42241

4,19931

3,95469

4

5,53113

4,98753

3,98187

3,77802

5

5,06907

4,57983

3,77802

3,61494

6

4,4847

4,11777

3,57417

3,46545

7

3,81879

3,6693

3,35673

3,30237

8

3,23442

3,23442

3,16647

3,15288

T0(⁰C) 

22,3

22,7

22,7

22,7

W(kg)

15

15

15

15

t(s)

16,32

17,99

27,97

35,2

ρ(kg/m^3) 

874

874

874

874

Tf(⁰C) 

22,7

22,7

22,9

22,7

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Flujo Laminar y Turbulento T promedio (⁰C) 

22,8

22,7

CAUDAL(m^3/s) 0,001051622 0,000954001 0,000613603

0,00048757

Velocidad(m/s)

22,5

22,7

3,68960463 3,347101032 2,152819005 1,710634874

viscosidad 1,36937E-05 1,48324E-05 1,47892E-05 1,48324E-05 #REYNOLDS

5132,798335 4298,841403 2773,052769

rugosidad relativa(ε)/D  7,87402E-05

FACTOR DE FRICCION

2197,04991

7,87402E-05 7,87402E-05 7,87402E-05 VER LA GRAFICA DE MOODY DE ABAJO

perdida de carga (hf)(m)

VALOR EMPIRICO

NUMERO DE REYNOLDS, HF TEORICO Y EMPIRICO, F. Y ERROR RELATIVO Q1(mca)

Q2(mca)

Q3(mca)

Q4(mca)

RE

5132,798335 4298,841403 2773,052769

f(teorico)

0,012468832 0,014887732 0,043545928 0,046155887

Hf (teorico)

3,178992408 3,123706716

Hf (empirico)

3,49263

2,79954

2197,04991

3,77978105 2,529564758 1,34541

1,00566

f(empirico) Hf/L (teorico) Hf/L (empirico

0,013699 0,013342739 0,015500138 0,018349848

0,498947143 0,399934286 0,192201429 0,143665714

u^2 error relativo

13,61318233 11,20308532 4,634629667 2,926271672 0,098659434 0,103776297 0,644050811 0,602437535

u critica

1,437658131 1,557210754 3,105341562 3,114421508

0,454141773 0,446243817 0,539968721 0,361366394

Diagrama de Moody

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Flujo Laminar y Turbulento

f Vs Re 0.02 0.018 0.016 0.014 0.012     f

0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 5132.798335

4298.841403

2773.052769

2197.04991

Re

Perdidas de energía relativa vs velocidad de flujo al cuadrado

Hf/L Vs u^2 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 13.61318233

11.20308532

4.634629667

2.926271672

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Flujo Laminar y Turbulento

Datos para calculo de numero de Reynolds y Ecuaciones diametro tuberia (pulgadas) diametro tuberia (m) Área tuberia(m^2)

0,75 0,01905 0,000285023

LONGITUD DE LA TUBERIA (m)

7

VELOCIDAD MEDIA DE TUBERIA

2,725039885

CONCLUSIONES Podemos concluir que conocer el comportamiento de los fluidos a través de tuberías es de gran importancia, ya que gracias a este comportamiento podemos definir cuáles son las pérdidas de carga que se producirán durante su paso, ya sean perdidas por accesorios o por fricción. Los números de Reynolds son diferentes a los valores obtenidos en la bibliografía en tanto a flujo laminar. BIBLIOGRAFÍA: 1.1

MEDIOS ANÁLOGOS 1. HIDRÁULICA DE TUBERÍAS Y CANALES; Arturo Rocha Felices 2. INGENIERÍA HIDRÁULICA: PROBLEMAS RESUELTOS; (Nanía, Leonardo S, Ortiz Rossini, Pablo; Ortega Sánchez, Migue). 3. Técnicas de modelación en hidráulica; (Vergara Sánchez Miguel A.) 4. Manual de hidráulica; (Azevedo Netto J. M. de)

1.2

MEDIOS ELECTRÓNICOS 1. http://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_laminar  2. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/laminar_turbulento.htm 3. http://www1.ceit.es/asignaturas/Fluidos1/WEBMF/Mecanica%20de%20Fluid os%20I/FAQMFI/FAQ12.html 4. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/cla sificaciondelflujo/clasificaciondelflujo.html

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