CUBA DE REYNOLD REYNOLD S I NTRODU CCI CCI ÓN
El conocimiento de la estructura interna del flujo de un fluido en movimiento es importante ,por que permite clasificarlo para ser estudiado detalladamente ,definiéndolo en forma cuantitativa. Para definir el tipo de flujo en forma cuantitativa ,se debe tener presente el numero de reynolds. El análisis de tales flujos es importante en los muchos casos en que el fluido se debe transportar de un lugar a otro. Por ejemplo, ejemplo, para determinar las necesidades del bombeo en un sistema de abastecimiento de agua, deben calcularse las caídas de presión ocasionadas por el rozamiento en las tuberías; Un estudio semejante se lleva a cabo para determinar el flujo de salida de un recipiente por un tubo ó por una red tuberías. OBJETIVOS:
Observar el tipo de flujo al paso de un fluido a través de un conducto y compararlo con el flujo obtenido con el numero de Reynolds.
F UN DAM ENT OS TEÓRI CO COS S:
Históricamente, el primero que trato de cuantificar este ejemplo sorprendente de inestabilidad dinámica fue OSBORNE REYNOLDS, quien encontró un criterio preciso para saber cuando un flujo laminar se hace inestable y se transforma en turbulento .Su experimento descrito en todos los textos de mecánica de fluido ,consistía simplemente en un envasó del cual escapaba agua por un tubo largo de vidrio y cuyo caudal era graduable. Para hacer visible el movimiento del liquido, inyectaba un colorante en el centro del tubo y después de dejar descender el liquido varias horas y de mantenerlo aislado de toda vibración ; comenzaba el experimento haciendo pasar el liquido liquido por por el tubo a pequeña pequeña velocidad. velocidad. Se observa entonces la taza de un colorante bien clara y rectilínea en el centro del tubo ,siguiendo la trayectoria de las partículas del fluido, tal como se postula para para un flujo flujo laminar. laminar. Aumentando el caudal ,es decir ,la velocidad ,se observa que de repente el fino coloreado parecía quererse ensancharse o diluirse transversalmente en el resto del fluido .en realidad estas perturbaciones no perduraban y desaparecían desaparecían regresando la traza coloreada a su aspecto normal .el régimen habla había entonces entrado en lo que se ha llamado un FASE DE TRANSICIÓN O DE CASI INESTABILIDAD. INESTABILIDAD. En efecto si seguía aumentando la velocidad , Reynolds observo queseas perturbaciones perturbaciones se hacían hacían mas frecuentes frecuentes y de de mayor tamaño tamaño ,hasta el momento en que ya nos amortiguaban ,entonces de pronto ,el colorante se extendía a todo el volumen de masa liquida en una mezcla completa de las distintas líneas de corriente y la desaparición total del filete coloreado como tal.
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Esta era pues el inicio del FLUJO TURBULENTO ,totalmente distinto del flujo laminar. Llevando a cabo numerosos experimentos en loas cuales se hacían variar distintas parámetros ,Reynolds observo que ,en el caso de las tuberías estaba ligado al valor numérico de la cantidad adimensional. Re = (V p D)/ µ Donde: V era la velocidad media del liquido en el tubo ,D el diámetro del mismo , p y µ la densidad ,la viscosidad del fluido respectivamente. Esta cantidad corresponde a lo que modernamente se ha llamado NUMERO DE REYNOLDS. Se entiende de esta manera como la relación entre la fuerza de inercia y al fuerza viscosa. Re = FUERZA DE INERCIA /FUERZA VISCOSA Un numero pequeño de Reynolds indica que las fuerzas viscosas predominan ,mientras que un valor grande del numero de reynolds indica que predominan las fuerzas de inercia .cabe mencionar que las leyes del movimiento son muy diferentes para esos dos casos. Los resultados experimentales mas recientes indican que en condiciones habituales el flujo turbulento en una tubería se indica cuando el numero de Reynolds alcanza un valor de aproximadamente 2000. sin embargo si se toman medidas muy especiales a saber :reposo inicial absoluto del fluido ,eliminación ,eliminación de vibraciones vibraciones y cambios de temperatura ,etc .este valor crece enormemente. Por otra parte se ha hecho también el experimento inverso ,esto es a partir de u flujo turbulento he ir disminuyendo la velocidad hasta lograr al aparición de flujo laminar .En estas condiciones los resultados son mas categóricos ,haciéndose observado que el flujo pasa a laminar siempre que: Re <2000.
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caracterizar la frontera para los fines prácticos entre flujo laminar y turbulento en una tubería . FL UJO LAM I NAR Y TURB TURBULENTO ULENTO
Son 2 tipos distintos de flujo a saber: LAMI NAR : El fluido se mueve en capas o laminas deslizándose una fina capa El sobre la adyacente con solo un intercambio molecular de cantidades de movimiento ,cierta tendencia hacia la inestabilidad y la turbulencia es frenada por las fuerzas fuerzas de cortadura cortadura viscosa viscosa que resisten resisten los movimientos movimientos relativos relativos a la la capas fluidas adyacentes. TURBULENTO: Contrariamente Contrariamente al laminar tiene un movimiento de partícula
muy caóticos ,con un intercambio de cantidades de movimiento . este flujo es muy común y se encuentra en innumerables casos de ingeniería ,tales como el flujo en tuberías por canales y diferentes maquinas. La naturaleza del flujo, es decir en el que sea laminar o turbulento se expresa por el numero numero de Reynolds Reynolds ,como ,como se vio anteriormen anteriormente: te:
Para numero de Reynolds # REYNOLD REYNOLD S
TI PO DE FL UJO
M EN ORES QUE 2000 2000
LAMINAR
2000 < Re < 2300
TRA NSI CI ÓN
M AYORES QUE QUE 2300 2300
TURBULENTO
PARTE PARTE EXPERI EXPERI M ENTAL EQUI PO E I NSTR NSTRUM UM ENTOS
-cuba de reynolds r eynolds
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PROCEDIMIENTO:
1.-verificar el numero de vueltas que tiene la válvula de descargar para poder graduar su abertura (1/5, 2/5, 3/5, 4/5, 5/5 de la apertura total). 2.-llenar la cuba de reynolds con agua hasta permanezca una altura constante. 3.-preparar el tinte y vertirlo en su propio recipiente. 4.-abrir la válvula de descarga en su primera posición. 5.-abrir la válvula del colorante ( Fluoresceídna sodica C 20 H 10 Na 2) ,para poder observar observar el tipo tipo de flujo. flujo. 6.-tomar un volumen de agua en al probeta graduada en un tiempo determinado por el laboratorista ,efectuando siempre esta operación tres veces para cada apertura apertura y obtener un promedio. *Medir la temperatura del agua y considerarlo constante para toda práctica. DATOS M EDI DOS DI RECTAM RECTAM ENTE TABLA # 1 TI EM PO (Se (Seg)
APERTURA APERTURA DE LLAVE
VOLUM EN (cc) (cc) TEM PERATU RA(ºC)
1/5 1/5 1/5 2/5 2/5 2/5 3/5 3/5 3/5 4/5 4/5 4/5 5/5 5/5 5/5
CÁLCULOS: -CAL -CAL CULO DEL CAUDAL
Q = Volumen / tiempo Volumen = volumen promedio
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-CAL -CAL CULO DEL NU M ERO DE REYNOLDS REYNOLDS
Re = (v D)/ V D = diámetro del ducto. V = viscosidad cinemática ,hallada en las tablas con la temperatura. TABU L ACIÓN ACIÓN DE RESUL RESUL TADOS
TABLA # 2 3 Q m /seg /se g
V m /seg /seg
Re
flujo observado
fl uj o teó teóri co
ΔRe
1. 2. 3. 4. 5. CUESTIONARIO:
1.-Explicar si existe diferencias entre el tipo de flujo obtenido y el observado. 2.-determinar 2.-determinar la velocidad velocidad critica inferior . 3.- definir que es longitud característica. GRAFICO: V vs Re CONCLUSIONES:
Estas deben ser claras y técnicamente aprovechadas ,como aportaciones para una mejor practica.