balance de energia

1. OBJETIVOS

 Demostrar el tiempo de descarga de un tanque a otro mediante un sifón.
 Determinar el tipo de flujo: laminar o turbulento.
 Comprobar el tiempo experimental con el tiempo encontrado en la formula.
 Verifique y evalúe su modelo con los resultados experimentales.

2. MARCO TEORICO
Un tipo de balance de energía más útil para el flujo de fluidos, en especial de loslíquidos, es una modificación del balance total de energía que considera la energía mecánica. Casi siempre, a los ingenieros les interesa primordialmente este tipo especial de energía, llamado energía mecánica, que incluye el término de trabajo a la energía cinética, a la energía potencial y la parte de trabajo de flujo del término de entalpía. La energía mecánica es una forma de energía que es, o bienun trabajo, o una forma que puede transformarse directamente en trabajo. Los otros términos de la ecuación de balance de energía, los términos de calor y la energía interna, no permiten una con-versión simple a trabajo debido a la segunda ley de la termodinámica y a la eficiencia de la conversión, que depende de las temperaturas. Los términos de energía mecánica no tienen esta limitación y puedenconvertirse casi en su totalidad en trabajo. La energía que se convierte en calor, o energía interna, es trabajo perdido o una pérdida de energía mecánica causada por la resistencia friccional al flujo.
La energía mecánica puede definirse como la forma de energía que puede ser convertida en trabajo mecánico completa y directamente por medio de un equipo como una turbina. Las energías potencial ycinética son formas mecánicas de energía al igual que la energía de presión. De este modo la energía mecánica puede expresarse como la relación de estos tres tipos de energía de la siguiente manera:

Energía mecánica = Energía cinética + Energía potencial + Energía de presión

La investigación científica de Osborne Reynolds cubrió un amplio abanico de fenómenos físicos y deingeniería, y estableció los fundamentos de muchos trabajos posteriores sobre flujos turbulentos, modelización hidráulica, transferencia de calor y fricción. Sus estudios sobre el origen de la turbulencia constituyen un clásico en la Mecánica de Fluidos, como se deduce a partir del uso general hoy en día de términos tales como número de Reynolds, tensiones de Reynolds y ecuaciones de Reynolds.Reynolds descubrió que la existencia de uno u otro tipo de flujo depende del valor que toma una agrupación adimensional de variables relevantes del flujo, parámetro al que se denomina en su honor como número de Reynolds. Siendo v la velocidad media del flujo (caudal/área transversal del conducto), D el diámetro y ν la viscosidad cinemática del fluido, se define el número de Reynolds,designado como Re, como:

En todos los flujos existe un valor de este parámetro para el cual se produce la transición de flujo laminar a flujo turbulento, habitualmente denominado número de Reynolds crítico. Generalmente para flujo en tubos se establecen los siguientes valores críticos del número de Reynolds:
• Si Re < 2000, el flujo es laminar.
• Entre 2000 < Re < 4000 existe una zona detransición de flujo laminar a turbulento.
• Si Re > 4000 el flujo es turbulento.

SUGERENCIA PARA EL DESARROLLO DEL LABORARROTRIO

El tiempo que tarda el tanque en vaciarse está relacionado con la resistencia viscosa del agua a fluir por el interior de cada tubo. Mientras mayor es la resistencia, mayor el tiempo de descarga y la velocidad media de flujo es menor. La velocidad cambia con eldiámetro y la longitud de los tubos. Así, para el flujo laminar estacionario en un tubo recto se tiene la expresión de Hagen Poiseuille:

Donde Po es la presión a la entrada del tubo (o también, la presión hidrostática en el fondo del tanque) y Pl es la presión en la descarga del tubo, que se puede tomar en este caso como la presión atmosférica, Pa. La presión hidrostática en el fondo del...