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'''Rugosidad Nikuradse''' es un concepto en dinámica de fluidos que cuantifica la rugosidad de la superficie interna de una tubería y su efecto sobre el flujo de fluido, particularmente en regímenes de flujo turbulento. Lleva el nombre de Johann Nikuradse, un ingeniero y físico alemán cuyos experimentos en la década de 1930 proporcionaron conocimientos fundamentales sobre la influencia de la rugosidad de la superficie en la resistencia al flujo en las tuberías. Su trabajo se aplica ampliamente en disciplinas de ingeniería como la ingeniería mecánica, la ingeniería civil y la ingeniería química.

== Antecedentes ==
En mecánica de fluidos, la fricción entre un fluido que fluye y la superficie interna de una tubería contribuye a las pérdidas de energía, que son críticas en el diseño de sistemas de tuberías eficientes. La rugosidad de la superficie afecta a la capa límite y, en consecuencia, a la resistencia a la fricción (factor de fricción). Los experimentos de Nikuradse se basaron en trabajos anteriores de Ludwig Prandtl y otros, estudiando sistemáticamente la relación entre la rugosidad de la superficie y el comportamiento del flujo en flujo turbulento.

== Experimentos de Nikuradse ==
Johann Nikuradse llevó a cabo sus experimentos fundamentales en la década de 1930 en el Instituto Kaiser Wilhelm (Instituto Max Planck) (ahora el Instituto Max Planck) en Alemania. Creó rugosidad artificial pegando granos de arena de tamaño uniforme a las superficies internas de las tuberías, lo que permitió un control y medición precisos del parámetro de rugosidad, conocido como ''rugosidad equivalente de grano de arena'' (denotado como
Sus hallazgos clave incluyen:
* '''Flujo de tubería suave''': En tuberías lisas, el factor de fricción depende únicamente del número de Reynolds y no se ve afectado por la rugosidad de la superficie en niveles de rugosidad bajos.
* '''Rugosidad de transición''': En niveles de rugosidad intermedios, el factor de fricción depende tanto del número de Reynolds como del parámetro de rugosidad.
* '''Flujo totalmente rugoso''': En tuberías muy rugosas, el factor de fricción se vuelve independiente del número de Reynolds y está determinado únicamente por la rugosidad relativa (
Los datos de Nikuradse se incorporaron posteriormente al diagrama de Moody, una herramienta gráfica desarrollada por Lewis Ferry Moody para representar el factor de fricción en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa.

== Rugosidad equivalente del grano de arena ==
La rugosidad equivalente del grano de arena (

donde:
* *
Valores típicos de * Tuberías lisas (p. ej., vidrio, plástico): * Tuberías de acero: * Tuberías de hormigón:
Estos valores se utilizan en cálculos de ingeniería para predecir pérdidas de presión.

== Aplicaciones ==
El trabajo de Nikuradse sobre rugosidad es fundamental en varias aplicaciones de ingeniería, entre ellas:
* '''Diseño de tuberías''': Cálculo de pérdidas de presión en tuberías de agua, petróleo y gas.
* '''Sistemas hidráulicos''': Optimización del flujo en sistemas de riego, HVAC y fluidos industriales.
* '''Aerodinámica''': Comprender los efectos de la rugosidad en los perfiles aerodinámicos y otras superficies en flujo turbulento.
* '''Ingeniería Ambiental''': Modelado de flujo en canales y ríos naturales, donde la rugosidad varía debido a sedimentos o vegetación.

El concepto está integrado en correlaciones empíricas como la ecuación de Colebrook-White, que relaciona el factor de fricción con el número de Reynolds y la rugosidad relativa:

donde:
* * *
== Legado ==
Los experimentos de Nikuradse proporcionaron una base empírica rigurosa para comprender la rugosidad de la superficie en el flujo de fluidos. Su trabajo influyó en el desarrollo del diagrama de Moody y los modelos modernos de dinámica de fluidos computacional (CFD). Si bien el modelo de rugosidad de los granos de arena es una idealización, sigue siendo un estándar práctico para caracterizar la rugosidad de las superficies en aplicaciones de ingeniería. Los hallazgos de Nikuradse se enseñan en cursos de mecánica de fluidos en todo el mundo y continúan informando el diseño de sistemas eficientes de transporte de fluidos.

== Ver también ==
* Dinámica de fluidos
* Factor de fricción
* Diagrama de humor
* Número de Reynolds
* Ecuación de Colebrook-White
* Capa límite

* * *
== Enlaces externos ==
* [https://www.engineeringtoolbox.com/surf ... _1127.html Rugosidad superficial de tuberías - Caja de herramientas de ingeniería]

Dinámica de fluidos
Ingeniería
Flujo de tubería

More details: https://en.wikipedia.org/wiki/Nikuradse_roughness