Caídas de presión en tuberías lisas y regímenes de flujo Problema Obtener la ecuación fenomenológica de la caída de presión, indicando los parámetros constantes correspondientes, para un flujo de agua que pasa por una tubería horizontal. Determinar los factores de fricción que se presentan en flujos de agua que pasan por una tubería de 3/! " longitud de # m para los regímenes de flujo obtenidos.
Introducción $uando el agua sale de un grifo a %elocidad mu" baja, el flujo parece sua%e " estable. &a corriente tiene un diámetro casi uniforme " ha" poca o ninguna e%idencia de que sus distintas partes se mezclan. ' (ste se le denomina flujo laminar, t(rmino deri%ado de la palabra )lámina!, debido a que el fluido parece mo%erse en láminas continuas con poca o ninguna mezcla de una capa con las ad"acentes. $uando el grifo está ab ierto casi por completo, el agua tiene una %elocidad ma"or. &os elementos del fluido parecen mezclarse en forma caótica dentro de la corriente. *sta es la descripción general de un flujo turbulento. &a sección trans%ersal de la corriente parecería oscilar hacia dentro " hacia afuera, aun cuando el flujo fuera sua%e en general. +sta región del flujo recibe el nombre de zona de transición, " en ella el flujo cambia de laminar a turbulento. &as %elocidades ma"ores producen más oscilaciones de ese tipo hasta que el flujo se %uel%e turbulento, parcialmente. e demuestra en forma e-perimental " se %erifica de modo analítico, que el carácter del flujo en un tubo redondo depende de cuatro %ariables la densidad del fluido ρ, su %iscosidad μ, el diámetro del tubo D " la %elocidad promedio del flujo %. Osborne e"nolds fue el primero en demostrar que es posible pronosticar el flujo laminar o turbulento si se conoce la magnitud de un n0mero adimensional, al que ho" se le denomina n0mero de e"nolds 1e2. ℜ=
vDρ μ
i e #444, el flujo es laminar. i e 5 6444, el flujo es turbulento. +l n0mero de e"nolds es la relación de la fuerza de inercia sobre un elemento de fluido a la fuerza %iscosa. &a fuerza de inercia se desarrolla a partir de la segunda le" del mo%imiento de 7e8ton 9 : ma. &a fuerza %iscosa se relaciona con el producto del esfuerzo cortante por el área. &os flujos tienen n0meros de e"nolds grandes debido a una %elocidad ele%ada "/o una %iscosidad baja, " tienden a ser turbulentos. 'quellos fluidos con %iscosidad alta "/o que se mue%en a %elocidades bajas, tendrán n0meros de e"nolds bajos " tenderán a comportarse de forma laminar.
;resión &a presión en un punto se define como el %alor absoluto de la fuerza por unidad de superficie a tra%(s de una peque
ientras que, en el caso de los sólidos en reposo, las fuerzas sobre una superficie pueden tener cualquier dirección, en el caso de los fluidos en reposo la fuerza ejercida sobre una superficie debe ser siempre perpendicular a la superficie, "a que, si hubiera una componente tangencial, el fluido fluiría. +n el caso de un fluido en mo%imiento, si (ste es no %iscoso tampoco aparecen componentes tangenciales de la fuerza, pero si se trata de un fluido %iscoso sí que aparecen fuerzas tangenciales de rozamiento. De este modo, un fluido en reposo a una presión p ejerce una fuerza – pd S sobre cualquier superficie plana arbitraria en contacto con el fluido en el punto, definida por un %ector unitario d S , perpendicular a la superficie. +n general, la presión en un fluido depende del punto, p : p1-, ", z2. 'sí, para un fluido en reposo la presión se define como la fuerza normal por unidad de superficie.
Resultados Tabla 1. egistro de datos e-perimentales.
