Régimen Turbulento En Tuberías

Título: Régimen Turbulento en Tuberías

Práctica #4: Régimen Turbulento en Tuberías

Introducción
El presente informe contiene y detalla la cuarta práctica del laboratorio de hidráulica, la cual consistió en observar un fluido, agua, en condiciones de flujo turbulento. El agua circuló por una tubería de plástico de 42 mm de diámetro, de sección circular. En dicha tubería, se tomaron 4puntos de tomas de presión, incluyendo un punto de estancamiento. Cada punto está conectado a un manifold, que a su vez se conecta con un manómetro de mercurio abierto. Se repitió el ejercicio 3 veces.
La práctica persigue tres objetivos: primero, comprobar las pérdidas de energía de presión en el sistema al aumentar el recorrido del flujo. Segundo, medir el caudal del sistema. Y tercero, clasificarel flujo según el número de Reynolds, que se espera que sea turbulento.
Antes de comenzar las mediciones, mediante una válvula, se reguló el flujo, de tal forma que se alcanzara el régimen turbulento, y una vez logrado, se procedió a la toma de datos. Para la comprobación de las pérdidas de energía de presión, se realizaron 3 tomas, cada una separada por 1 metro, y empezando la primera de ellasa los 3 metros de recorrido. Al utilizar un manifold, la presión del punto en la tubería se iguala a la presión en el manómetro (atmosférica) y se puede proceder a calcular, haciendo uso de manometría, el nivel de energía de presión en la tubería en cada punto.
Luego de calcular la presión en cada punto, se deberá poder observar la pérdida de energía de presión al recorrer la tubería.
Por otrolado, en el sistema y en el último punto, está colocado un Tubo Pitot, que permitirá conocer la energía de presión total y estática, para poder hallar la energía de cinética. Con esta energía, se podrá hallar el caudal teórico del sistema. Además, en el sistema existe un vertedero, que mediante un estudio realizado en la Universidad Católica Andrés Bello, se obtuvo una fórmula para calcular elgasto experimental que maneja el mismo.
Luego, se procederá a comparar y analizar el caudal experimental y teórico para así conocer el porcentaje de error entre ellos.
Por último, una vez calculado el caudal, se podrá determinar la velocidad del agua. Como el diámetro y la viscosidad cinemática a la temperatura medida, son conocidas, se podrá calcular el número adimensional de Reynolds yclasificar el flujo.

Tabla de Datos:
Tabla 1.
Toma | H3 Hg (cm) | H4 Hg (cm) | H5 Hg (cm) | Htotal Hg (cm) | Hvertedero | T (ºC) |
1 | 15,2 | 13 | 12,9 | 16,8 | 37,9 | 25 |
2 | 22,7 | 22,1 | 21,3 | 23,2 | 37 | 25 |
3 | 30 | 29,8 | 29,5 | 29,9 | 35,1 | 24 |

Cálculos
* Nivel de Energía de Presión del Agua (Hagua):
Al conectar el manómetro abierto y la tubería al manifold, la presiones seigualan,
γHg∙HHg=γagua∙Hagua, se obtiene
Hagua=γHg∙HHgγagua=ρHg∙HHgρagua
ρHg=13.555kgm3, HHg=Lectura Manómetro Abierto, ρagua=1000kgm3
Para Toma 1:
Hagua=13.555kgm3∙15,2 cm1000kgm3=206,0360 cm
* Velocidad en el Punto 5 cms:
V5=2g∆h (cms)
∆h=h5 total-h5 estático
h5 total=13,555∙h5 total Hg
h5 estático=13,555∙h5 estático Hg
Para Toma 1:
h5 estático=13,555∙12,9=174,8595 cm
h5total=13,555∙16,8=227,64 cm
∆h=52,8645 cm
V5=322,0561 ms

* Caudal Teórico:
Q=V5∙π4∙D2=322,0561ms∙π4∙4,2 cm2=4461,9020m3s
* Caudal Vertedero:
Qvertedero=0,0065(Hvertedero)2,58
Hvertedero=Hvertedero'-26,10 cm
Para Toma 1:
Hvertedero=37,9-26,1=11,8 cm
Qvertedero=0,006511,8 cm2,58=3,7876 Ls=3.787,6 m3s
* Caudal Vertedero vs. Caudal Teórico:
% Error=Qmayor-QmenorQmayor∙100
ParaToma 1:
% Error=4.461,9020-3.787,64.461,9020∙100=15,1124
* Régimen de Flujo:
Re=V5∙Dυ
Para Toma 1:
Re=3,2205ms∙42∙10-3m7,75∙10-7m2s=174.530≈1,75∙105>2000

Tabla de Datos de Resultados:
Tabla 2.
Toma | V5 (cms) | Re | Qteórico (cm3s) | Qvertedero (cm3s) | %Error Q |
1 | 322,0561 | 1,75 105 | 4.461,9 | 3.787,64 | 15 |
2 | 224,7895 | 1,2 105 | 3.114,33 | 3.086,55 | 1 |
3 |...