Permite encontrar el efecto del número de Reynolds y coeficiente de rugosidad en la velocidad media durante un flujo turbulento

1. WILBER PINARES GAMARRA
DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN TUBERIAS – FLUJO TURBULENTO.

2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA QUIMICA
CURSO: OPERACIONES UNITARIAS Ic S-2022-1.
Profesor del Curso: Wilber E. Pinares Gamarra
LABORATORIO VIRTUAL 1.3: DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN
TUBERIAS – FLUJO TURBULENTO.
1. OBJETIVO.
1.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar el efecto del número de Reynolds y coeficiente de rugosidad en la
velocidad media durante un flujo turbulento.
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Determinar el coeficiente de la ley de la potencia, 𝜂, a partir del perfil de
velocidades del flujo turbulento, mediante el ajuste de los datos
experimentales.
• Encontrar la velocidad media para cada experiencia.
• Uso de software estadístico para proponer un modelo 2𝑛 de los efectos del
número de Reynolds y coeficiente de rugosidad sobre la velocidad media y
el coeficiente, 𝜂, de la ley de la potencia.
2. EXPERIMENTACION.
2.1. Materiales.
Para la obtención de datos experimentales, se emplea un simulador de flujo
turbulento – laminar, Figura 1. Este consta de un conducto circular de acero
comercial con radio variable y su rugosidad correspondiente (e = 0.00026 m). El
fluido de viscosidad conocida circula por la tubería.
Figura 1: Simulador del perfil de velocidades para flujo laminar y turbulento

3. 2.2. Procedimiento experimental.
Para la experimentación se procederá a elegir el número de Reynolds y el
coeficiente de rugosidad como las dos variables independientes. Los niveles
de experimentación serán dos, para obtener un esquema clásico de
investigación (2n
). El coeficiente de rugosidad (e/D) se obtendrá modificando
el diámetro de la tubería. Para encontrar los puntos experimentales se marca
en la zona de comportamiento de turbulencia completa, de la gráfica de
Moody, cuatro puntos equidistantes y dos puntos centrales. En la figura 2, se
muestra los cuatro puntos con los códigos asignados en la experimentación
de este tipo.
Introduzca los datos del número de Reynolds y coeficiente de rugosidad en
el simulador del perfil de velocidades, seleccionadas de acuerdo al diseño
experimental 2n
. Después del manejo y ajuste de los datos experimentales,
obtenga el exponente, 𝜂, y la velocidad media. Coloque estos valores en la
tabla N° 1, como respuesta, para su posterior tratamiento estadístico.
Tabla N°1: Diseño experimental:
Exp Reynolds e/D Re(codif) e/D(codif) Velocidad media
(m/s)
Coeficiente
𝜂
1 106
0.002 - -
2 2*106
0.002 + -
3 106
0.004 - +
4 2*106
0.004 + +
central 1.5*106
0.003 0 0
Fig.2: Nomenclatura y ubicación de los puntos experimentales.

4. r, m 0
𝑣, m/s
3. SUGERENCIAS PARA LA PRESENTACION DEL INFORME.
INTRODUCCION
MARCO TEORICO:
• Concepto de capa limite y sus efectos en la transferencia de calor y
transferencia de masa.
• Modelos que describen el perfil de velocidades en un flujo turbulento.
Con énfasis en el modelo más sencillo y conocido como perfil de
velocidades de la ley de la potencia.
• Introducción al análisis de experimentos, Metodología de la superficie
de respuesta. (Modelos “matemáticos” de la experimentación de dos
niveles y dos variables)
ANALISIS DE RESULTADOS:
• Grafique los resultados para cada punto experimental.
• Ajuste los datos experimentales al modelo elegido y estudiado en el
marco teórico.
• Del ajuste anterior, obtenga la velocidad media y el coeficiente, 𝜂,
(considere a estos valores como la variable respuesta en cada punto
experimental).
• Conocido la variable respuesta para cada punto experimental,
encuentre, mediante análisis estadístico o el diseño de experimentos,
DOE, la ecuación matemática que correlacione la variable respuesta
con el número de Reynolds y el coeficiente de rugosidad. Puede
emplear los softwares estadísticos como: Minitab, Statgraphic, Excel, R
u otros que este a vuestro alcance.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.