En este artículo discutiremos sobre el factor de fricción de abanico para flujo laminar. El flujo laminar es la forma más simple de flujo en la que las capas de fluido no se cruzan entre sí.
Las capas de fluido fluyen muy suavemente en un flujo laminar, también hay otros dos tipos de flujo que discutiremos en detalle en este artículo. Primero discutiremos sobre el flujo laminar, el flujo transitorio y el flujo turbulento. También hablaremos sobre sus propiedades. Luego hablaremos sobre un número adimensional llamado número de Reynold.
¿Qué es el flujo laminar?
Un flujo laminar es un tipo de flujo en el que el fluido se mueve de manera muy suave y las capas de fluido no se cruzan entre sí y fluyen en líneas paralelas.
Para comprobar si un flujo es laminar o no, nos ayudamos del número de Reynolds. Este es un número adimensional que nos indica el tipo de flujo, ya sea turbulento, de transición o laminar. En una sección posterior de este artículo estudiaremos sobre el número de Reynolds.
Créditos de las imágenes: kevin payravi, Primer plano de Horseshoe Falls, CC BY-SA 3.0
¿Cuál es el número de Reynolds?
El número de Reynolds es un número adimensional que nos ayuda a encontrar el tipo de flujo de un fluido. El flujo puede ser laminar, turbulento o transitorio. Es muy importante conocer el tipo de flujo cuando se trata de maquinaria de fluidos.
Para encontrar el valor del flujo laminar, necesitamos la viscosidad cinemática del fluido, la densidad del fluido y la velocidad del fluido con el que fluye. El número de Reynold también se puede usar para encontrar las pérdidas por fricción en la tubería. Estudiaremos más sobre el flujo laminar en este artículo.
¿Qué es el factor de Fanning?
Al igual que el número de Reynold, el factor de Fanning también es un número adimensional que se utiliza al realizar cálculos en los cálculos de la mecánica continua.
Se puede definir como la relación entre el esfuerzo cortante local y la energía cinética de flujo local del fluido. Matemáticamente, el factor de Fanning se puede dar mediante la siguiente fórmula:
Dónde,
f es el factor de Fanning
Tau es el esfuerzo cortante local
u es la velocidad de flujo a granel
Rho es la densidad del fluido.
¿Qué es el factor de Fanning para el flujo laminar?
Hemos discutido en las secciones anteriores sobre el factor de Fanning y el flujo laminar. Ahora veamos cuál es la fórmula del factor de Fanning para un flujo laminar.
Para un flujo laminar, el factor de Fanning se proporciona mediante la fórmula que se proporciona a continuación.–
f=16/re
Dónde,
Re es el número de Reynold
¿Cómo se calcula el factor de Fanning?
En términos simples, una cuarta parte del factor de fricción de Darcy nos da el factor de fricción de Fanning. La fórmula del factor de fricción de Fanning es diferente para diferentes tipos de flujos.
Discutiremos sobre la fórmula utilizada en flujo laminar. Para un fluido que fluye en un tubo redondo con flujo laminar, el factor de Fanning estará dado por lo siguiente:
f= 16/Re
Dónde,
Re es el número de Reynold
¿El factor de fricción es mayor con el flujo laminar?
Sí. La el factor de fricción es mayor con el flujo laminar. Podemos probar esto mirando la fórmula del factor de fricción. Ya hemos discutido la fórmula para el factor de fricción en la sección anterior.
De la fórmula podemos ver que el factor de fricción es inversamente proporcional al número de Reynolds. El número de Reynolds es menor para un flujo laminar, lo que da como resultado un valor más alto del factor de fricción.
Uso del factor de fricción del ventilador
El propio nombre sugiere que el factor de fricción está relacionado con la fricción. Y sabemos lo importante que es conocer la cantidad de pérdidas por fricción que tienen lugar en el fluido que fluye.
También es importante conocer una estimación aproximada de las pérdidas de energía cinética que se producen debido a la pérdida de carga y la pérdida de presión. El factor de fricción de abanico nos ayuda a encontrar los valores de estas cantidades. Al conocer estos valores, podemos diseñar las tuberías en consecuencia para evitar muchas pérdidas debido a la fricción.
Unidades de factor de fricción
Hemos estudiado acerca de la fórmula para encontrar el factor de fricción. Si sacamos las unidades de todas las cantidades que se han usado en la fórmula veremos que todo se cancela y la razón resulta ser 1.
Por tanto, podemos concluir que el factor de fricción de Fanning no tiene unidades. Al igual que el número de Reynold, es un número adimensional. El factor en sí mismo es una relación entre dos cantidades similares, por lo que el factor de fricción debe ser adimensional.
Fórmula del factor de fricción de abanico
El factor de fricción de abanico es la relación entre el esfuerzo cortante local y la densidad de energía cinética del flujo. Ya hemos discutido la fórmula en las secciones anteriores, pero la estudiaremos una más, esta vez también para el flujo turbulento.
La siguiente sección nos da la fórmula de fricción de Fanning para el flujo laminar y turbulento de un fluido que fluye en una tubería redonda.
laminado
La fórmula de fricción de Fanning para un fluido que fluye en un flujo laminar en una tubería redonda se da a continuación:
f = 16/Re
turbulento
La fórmula del factor de fricción de Fanning para un fluido que fluye en un flujo turbulento en una tubería redonda se da a continuación:
Caída de presión del factor de fricción del ventilador
La fricción es la principal motivo de la caída de presión tomar lugar. La fricción disminuirá la velocidad del flujo del fluido y también disminuirá la presión a medida que el fluido fluye en la tubería.
La caída de presión es directamente proporcional a la de Fanning. factor de fricción. Cuanto mayor sea el valor del factor de fricción, mayor será la caída de presión contra los extremos de la tubería. Por lo tanto, podemos decir que la presión se reduce a medida que el fluido fluye a través de la tubería.
Factores que afectan el número de Reynolds
La fórmula del número de Reynolds se da a continuación:
De la fórmula anterior podemos concluir que el valor del número de Reynolds depende de la densidad del fluido que fluye, su viscosidad dinámica, la velocidad con la que fluye el fluido y el diámetro equivalente de la sección transversal a través de la cual fluye el fluido.
¿Cómo se relacionan el factor de fricción de Darcy y el factor de fricción de Fanning?
Tanto el factor de fricción de Darcy como el factor de fricción de Fanning representan la cantidad de fricción que tiene lugar dentro del fluido y nos dice cuánta caída de presión está teniendo lugar dentro de la tubería.
Matemáticamente, el factor de fricción de Darcy es cuatro veces el factor de fricción de Fanning. Ambos factores son idénticos y representan la misma cantidad que es la fricción y también se usan para encontrar lo mismo que es la caída de presión. La única diferencia entre ellos es el factor cuatro que se multiplica por el factor de fricción de Fanning para encontrar el valor del factor de Darcy.
Causas de la caída de presión dentro de una tubería
Puede haber muchas razones para que se produzca una caída de presión en un fluido que fluye dentro de una tubería. Algunas de las razones se dan en la lista a continuación:
- La fricción de las paredes de la tubería disminuirá la presión del fluido. La presión del fluido que sale de la tubería será menor que la presión del fluido que ingresa a la tubería.
- Las curvas o el estrechamiento de una tubería también contribuyen a la caída de presión dentro de la tubería.
- Obstrucciones dentro de una tubería
- Sensores adjuntos dentro de la tubería que también actúan como obstrucciones adicionales para la corriente de fluido que fluye.
- Fugas en el costado de las paredes de la tubería.
- Fugas del equipo instalado en la tubería.
Hola… Soy Abhishek Khambhata, obtuve B. Tech en Ingeniería Mecánica. A lo largo de cuatro años de mi ingeniería, he diseñado y pilotado vehículos aéreos no tripulados. Mi fuerte es la mecánica de fluidos y la ingeniería térmica. Mi proyecto de cuarto año se basó en la mejora del rendimiento de vehículos aéreos no tripulados utilizando tecnología solar. Me gustaría conectarme con personas de ideas afines.