GUÍA DE PRÁCTICA
COMPUTACIONAL No. 4
Asignatura
Tema
Herramienta de
software
Duración estimada
Reología de Fluidos (MECG1067)
Balance de Energía, Perfiles de Velocidad y Caída de Presión
Laminar
Microsoft Excel
60 minutos
1. Objetivo: Construir una plantilla interactiva e interconectada en Excel (Calculadora
Hidráulica) que permita al usuario ingresar los parámetros reológicos de un fluido (Ley
de Potencia) y las características geométricas de una tubería, para obtener
automáticamente la caída de presión (Δ𝑃) en régimen laminar. Adicionalmente,
graficaremos el perfil de velocidad bidimensional para comprobar el fenómeno de "flujo
tipo pistón".
2. DATOS DE DISEÑO (Caso de Estudio) Eres el ingeniero encargado de bombear
un puré vegetal a través de una tubería horizontal lisa de acero inoxidable.
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Fluido: Índice de consistencia 𝐾 = 5.4 𝑃𝑎 ⋅ 𝑠 𝑛 | Índice de flujo 𝑛 = 0.45
(Altamente pseudoplástico).
Densidad (𝛒): 1050 𝑘𝑔/𝑚3
Caudal Volumétrico (𝑸): 0.0025 𝑚3 /𝑠
Geometría: Diámetro interno 𝐷 = 0.05 𝑚. | Longitud de la línea 𝐿 = 30 𝑚.
3. PROCEDIMIENTO
BLOQUE 1: Entrada de Datos
1. Abre Excel. En el rango A1:B7, crea tu panel de variables de entrada. Escribe los
nombres en la columna A y los valores en la columna B.
o B1: Caudal
o B2: Diámetro
o B3: Longitud
o B4: Densidad
o B5: Índice K
o B6: Índice n
BLOQUE 2: Variables de Salida
1.
2.
3.
4.
En la celda B8 calcula el Área transversal del tubo.
En la celda B9 calcula la Velocidad Promedio en el tubo
En la celda B10, programa el Número de Reynolds Generalizado (𝑹𝒆𝑴𝑹 ).
En la celda B11, calcula el Factor de Fricción de Fanning para flujo laminar.
o En la celda B12, calcula la Caída de Presión Δ𝑃 en Pascales.
BLOQUE 3: Representación Gráfica del Perfil de Velocidad
Para "ver" el fluido dentro de la tubería, crearemos un corte transversal desde el lado
izquierdo de la pared (𝑟 = −𝑅), pasando por el centro (𝑟 = 0), hasta la pared derecha
(𝑟 = +𝑅).
1. Matriz de Radio: En la celda D1 escribe "Posición Radial (r)". En D2 escribe el
valor de la pared izquierda de la tubería, es decir, −𝑅.
2. Para tener suficientes puntos, haz que la columna D vaya desde −𝑅 hasta +𝑅 en
incrementos iguales. (Ejemplo: -0.025, -0.020, -0.015... hasta 0.025).
3. Matriz de Velocidad Local: En la celda E1 escribe "Velocidad v(r) [m/s]". En
E2, programa la ecuación del perfil de velocidad. Nota: Usamos el valor
absoluto ABS() para el radio para que la ecuación no lance error con los radios
3𝑛+1
|𝑟|
negativos. Ecuación teórica: 𝑣(𝑟) = 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 ( 𝑛+1 ) [1 − ( 𝑅 )
𝑛+1
𝑛
]
4. Arrastra la fórmula de E2 hacia abajo para calcular todos los puntos radiales.
5. Gráfico: Sombrea los datos de las columnas D y E. Inserta un Gráfico de
Dispersión con líneas suavizadas.
6. Formatea tu gráfico: El Eje X debe ser el radio (desde pared hasta pared) y el Eje
Y la velocidad.
4. ACTIVIDAD A ENTREGAR Usa la plantilla que acabas de construir y responde:
1. Caída de presión: ¿Cuál es la pérdida de presión total calculada en Pascales
(Δ𝑃) para este sistema?
2. Validación de régimen: Analizando el valor de tu celda 𝑅𝑒𝑀𝑅 , confirma si el
supuesto de utilizar las fórmulas de "flujo laminar" en esta plantilla fue
físicamente correcto (considerando que el límite es ∼ 2100).
3. Análisis de sensibilidad: Ve a tu celda B6 y cambia temporalmente el valor de
𝑛 = 0.45 a 𝑛 = 1.0. Observa qué le ocurre a tu gráfico y redacta una línea
explicando qué sucede y el por qué. Luego cambia a un valor de 𝑛 > 1.0.
Observa qué le ocurre a tu gráfico y redacta una línea explicando qué sucede y el
por qué. En tu informe incluye una gráfica que muestre las tres curvas con las
observaciones y razonamientos.
(Guarda tu archivo como Practica4_Apellido_Nombre.xlsx y súbelo al Aula
Virtual).
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