FLUJO DE AIRE A TRAVÉS DE TUBERÍAS Y TOBERAS

Universidad de Navarra Escuela Superior de Ingenieros
Nafarroako Unibertsitatea Ingeniarien Goi Mailako Eskola

Laboratorio de Mecánica de Fluidos

Práctica de Laboratorio 2

FLUJO DE AIRE A TRAVÉS DE
TUBERÍAS Y TOBERAS

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FLUJO DE AIRE A TRAVÉS DE TUBERÍAS Y TOBERAS
1

DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA

El objeto de esta práctica es analizar los flujos en una tobera convergente, en una
tubería y en el ensanchamiento brusco que une aambos. En la tobera se obtendrán
las distribuciones de presión a lo largo de su eje y se compararán con las obtenidas
a partir de la ecuación de Bernoulli suponiendo despreciables las pérdidas de carga.
En la tubería se medirán las presiones en diferentes secciones a lo largo de su
longitud. Con estas mediciones de presión se podrá establecer a partir de qué
sección aguas abajo de la entradade la tubería el flujo se puede considerar
completamente desarrollado. En la zona donde el flujo en la tubería está
completamente desarrollado se podrá obtener la pérdida de carga a partir de las
presiones medidas y también el factor de fricción de Darcy con la medida del caudal.
El valor del factor de Darcy obtenido en el banco de ensayos se podrá comparar con
el proporcionado por el ábacode Moody o ecuaciones equivalentes.
Con las medidas de presión en la tubería y caudal, se podrá obtener el valor del
coeficiente de pérdidas adimensional del flujo en el ensanchamiento brusco que
existe en la zona comprendida desde la entrada de la tubería hasta la sección de
ésta donde comienza el flujo completamente desarrollado. Dicho valor se podrá
comparar con el proporcionado por labibliografía.
En esta práctica se van a realizar medidas de la presión. Para ello en la tobera se
tiene un tubo o sonda piezométrica que puede posicionarse mediante un tornillo
micrométrico a lo largo del eje de la tobera y así obtener una medida de la presión
en diferentes secciones de ésta. En la tubería existen aberturas piezométricas a lo
largo de toda su longitud. Tanto la sonda como lasaberturas piezométricas de la
tubería se hallan conectadas a un manómetro Agua-Aire cuyo esquema verse en la
Figura 1. Tal y como se observa en dicha figura, las presiones que se están
midiendo son de vacío (manométricas negativas). Dicho manómetro tiene una
resolución de milímetros de columna de agua y la medida de la presión se obtiene
leyendo en una regla la diferencia de alturas de lascolumnas de agua.

Figura 1. Manómetro Agua-Aire para medir presiones de vacio

FLUJO DE AIRE A TRAVÉS DE TUBERÍAS Y TOBERAS-1

Área de Ingeniería Térmica y de Fluidos
Campus Tecnológico de la Universidad de Navarra

2
2.1

FUNDAMENTOS
Flujo en una tobera convergente

Una tobera convergente es un conducto recto en el cuál la sección va disminuyendo
gradualmente hasta alcanzar un áreamínima que se denomina garganta. Si se
supone que las condiciones del flujo en la tobera son las siguientes:
El flujo es incompresible, considerándose constante la densidad del
fluido. En el caso de gases esto equivale a suponer que el flujo tiene un
[1]
bajo número de Mach (velocidades inferiores a la velocidad del sonido) .
[1]

La capa límite no se ha desprendido y por tanto suponemostienen un
espesor despreciable frente al radio de la sección. Además la tobera no
tiene una longitud suficiente para que la capa límite crezca hasta ocupar
todo el conducto. Además los efectos de la viscosidad encuentran
confinados en la capa límite.
Es posible aplicar la ecuación de Bernoulli

pY

γ

+ αY ⋅

[1]

entre dos secciones de la tobera:

2
p
vY
p
v2
+ hL,0Y = T +...