Gradiente de presión y longitud de entrada

Laboratorio de Mecánica de Fluidos II

Gradiente de Presión y Longitud de Entrada / Perfil de Velocidad

Durán Oscuez Carlos Geovanny
Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)
Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)
Guayaquil - Ecuador
duran@espol.edu.ec

Resumen
Esta práctica abarca dos aspectos importantes de los flujos en tuberías. El primerotiene que ver con los conceptos de longitud de entrada y gradiente de presión. Se pretende observar las características de descarga para flujo laminar y turbulento y obtener los gradientes de presión estática a lo largo de la tubería para estos dos regímenes de flujo. Para ello se utilizó el banco de pruebas descrito en la Figura A.1, donde se tomaron lecturas de presión en diferentes etapas de latubería para dos caudales de aceite distintos. De este modo, se pudo demostrar la validez de la expresión L_e/D≈0.06R para flujo laminar. La segunda parte de la práctica se enfoca en el perfil de velocidad para un flujo laminar y para uno turbulento. Se utilizó un tubo de Prandtl para obtener la velocidad de flujo en distintas posiciones radiales de la tubería. Al final se encontró que un flujolaminar se caracteriza por un perfil de velocidad parabólico y que un flujo turbulento tiene un perfil más achatado y uniforme.

Palabras Clave: Flujo laminar, flujo turbulento, longitud de entrada, perfil de velocidad.

Abstract
This lab session encloses two important aspects of flow in pipes. The first one has to do with the concepts of entrance length and pressure variation. It ispretended to observe the characteristics of discharge for a laminar and turbulent flow and, at the same time, to obtain the static pressure variations throughout the pipe for this two flow regimes. For this purpose, it was used the equipment described on Picture A.1, where there were taken some lectures of pressure in different stages of the pipe for two different flow rates of oil. This way, itcould be demonstrated the validity of the expression L_e/D≈0.06R for a laminar flow. The second part of the experiment is focused on the velocity profile for a laminar and turbulent flow. It was used the Prandtl device to get the flow velocity in different radial positions of the pipe. At the end it was found that a laminar flow is characterized by a parabolic velocity profile. On the other hand, aturbulent flow has a more uniform and flat velocity profile.
Key Words: Laminar flow, turbulent flow, entrance length, velocity profile.


Introducción

Como ingenieros, debemos tener presente que aún no existe un análisis general del movimiento de los fluidos. La razón es que a moderados números de Reynolds se produce un cambio profundo y complicado en el movimiento de los flujos. Elmovimiento deja de ser suave y ordenado (laminar) y se convierte en fluctuante y agitado (turbulento). Este proceso de cambio se denomina transición hacia la turbulencia. El valor de diseño aceptado para transición en tubos es 〖Re〗_(D,crit)≈2300. La teoría del flujo laminar está bien desarrollada y se conocen muchas soluciones, pero no hay análisis que pueda simular las fluctuaciones aleatorias apequeña escala del flujo turbulento. Por ello, gran parte de la teoría que existe sobre el flujo turbulento es semiempírica, basada en análisis dimensional y razonamientos físicos; se refiere sólo a las propiedades medias y a las varianzas de las fluctuaciones, pero no a sus variaciones rápidas.

Tanto el flujo laminar como el turbulento pueden ser internos, o sea, “confinados” por paredes, oexternos y libres. Un flujo interno está confinado por paredes, y las regiones fluidas sometidas a efectos los viscosos crecerán y se encontrarán hasta ocupar todo el flujo. Hay una región de entrada donde la corriente no viscosa inicial converge y entra al conducto. A una distancia finita de la entrada, las capas límite se unen y el núcleo no viscoso desaparece. El flujo en el tubo es entonces...