C683: VISUALIZACIÓ VISUALIZACIÓN N DE FLUJO
1-5-2018
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Tabla de contenido Resumen ............................................................. ............................................................................................ .............................................................. ............................................................. ................................................ ..................2 Objetivos............................................................. ............................................................................................ .............................................................. ............................................................. ................................................ ..................2 Objetivo general............................................................................... ............................................................................................................. ............................................................. ...................................... ....... 2 Objetivos específicos........................................................... .......................................................................................... ............................................................. ................................................ ..................2 Equipos e Instrumentos .............................................................................. ............................................................................................................ ............................................................. ................................... 2 Descripción del método seguido ................................................................................. ................................................................................................................ ........................................... ............3 Presentación de resultados ............................................................ ........................................................................................... ............................................................. ........................................... ............. 3 Análisis y Conclusiones .......................................................... ......................................................................................... ............................................................. ..................................................... ....................... 5 Apéndice ............................................................. ............................................................................................ .............................................................. ............................................................. ................................................ ..................5 Bibliografía .............................................................. ............................................................................................ ............................................................. ............................................................. ...................................... ........ 5 Anexos ............................................................ ........................................................................................... .............................................................. ............................................................. ................................................ ..................6 Tabla 1: Parámetros fijos. ....................................... ...................................................................... ............................................................. ............................................................. ...................................... ....... 4 Tabla 2: Datos medidos con Número de Reynolds calculado. ............................................................ .................................................................... ........ 4 Tabla 3: Números de Reynolds reordenado. ........................................... ......................................................................... .......................................................... ............................4 Tabla 4: Viscosidad dinámica del agua líquida a varias temperaturas................................................... ..................................................6 Tabla 5: Densidad del agua líquida entre 0°C y 100°C. ............................................................... ................................................................................. ..................7
Gráfico 1: Mapeo de Número de Reynolds. ................................................... ................................................................................. ..................................................... .......................4
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Resumen En el presente informe se detalla la visualización de un fluido (agua) mediante la inyección de permanganato de potasio el cual permite visualizar el comportamiento dinámico del mismo mientras avanza por el circuito hidráulico. Se realizan nueve mediciones para números de Reynolds, de las cuales, se obtienen cinco de régimen laminar, una de transición y tres de régimen turbulento.
Objetivos Objetivo general:
Caracterizar el régimen del flujo observado en laboratorio y reproducirlo por medio de la mecánica computacional.
Objetivos específicos: específicos:
Aplicar permanganato de potasio para observar el movimiento del agua en diferentes condiciones. Relacionar el número de Reynolds con co n el movimiento observado en el flujo.
Equipos e Instrumentos Probeta plástica analógica:
Capacidad: 2000 [mL]. Resolución: 20 [mL].
Cronómetro digital:
Resolución: 0,01 [s].
Termocupla digital:
Resolución: 0,1 [°C].
Circuito hidráulico analógico:
Tuberías transparentes por donde pasa el fluido a visualizar. 2|Página
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Equipo de Reynolds analógico:
Estanque con una entrada y salida de agua, que también posee una un recipiente para permanganato de potasio.
Permanganato de potasio:
Se utiliza para poder visualizar el comportamiento del fluido en el circuito hidráulico.
Descripción del método seguido Se comienza con una breve introducción y reconocimiento de equipos a utilizar, se observa que el equipo de Reynolds posee una apertura de agua en la parte superior cuyo propósito es mantener una altura constante, se decide calcular el flujo másico de agua por continuidad mediante el uso de la probeta plástica. A continuación, se realiza la apertura de válvula de agua hacia el estanque, se decide mantener la altura del agua por debajo de la apertura superior (que se usa para mantener altura constante), debido a que esta purga de agua genera turbulencia alterando los resultados. Luego, se comienza con los ensayos, la idea es lograr la mayor cantidad de mediciones posibles con el propósito de obtener diversos resultados de números de Reynolds para un mejor mapeo. Se desea obtener tres mediciones para cada tipo de régimen (laminar, de transición y turbulento).
Presentación de resultados Para obtener la velocidad de salida se utiliza la probeta plástica y con la ayuda de un cronómetro se tiene el volumen de agua en un determinado tiempo, es decir, se tiene el flujo volumétrico. Como conocemos el diámetro de salida podemos calcular la velocidad del d el flujo: =
∀ Á
()
Luego, se obtiene la densidad y viscosidad mediante el uso de tablas anexas (Tabla 4 y 5), el número de Reynolds se calcula mediante la siguiente expresión: ° =
()
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17,2 35,9 0,001012
A continuación, se observan los parámetros medidos variando el flujo con su número de Reynolds calculado:
300
8,42
3,563E- 05
17,2
998,824
1,076E-03
0,0352
1173
345
8,03
4,296E- 05
17,2
998,824
1,076E-03
0,0425
1415
240
12,34
1,945E- 05
17,7
998,734
1,062E-03
0,0192
649
760
2,16
3,519E- 04
17
998,86
1,081E-03
0,3477
11533
800
3,77
2,122E- 04
17,2
998,824
1,076E-03
0,2097
6988
1280
2,65
4,830E- 04
17,7
998,734
1,062E-03
0,4773
16114
420
11,77
3,568E- 05
18
998,68
1,054E-03
0,0353
1199
665
12,34
5,389E- 05
17,2
998,824
1,076E-03
0,0533
1775
560
6,13
9,135E- 05
17,2
998,824
1,076E-03
0,0903
3008
Se reordenan los números de Reynolds de menor a mayor para posteriormente realizar el mapeo. 1
2
3
4
5
6
7
8
9
649
1173
1199
1415
1775
3008
6988
11533
16114
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Análisis y Conclusiones De los ensayos realizados se puede p uede mencionar que, a pesar de no obtener tres mediciones para cada tipo de régimen, sí se logró relacionar el número de Reynolds con la visualización del flujo como se observa en la Ilustración 3 y 4. Al momento de realizar los ensayos se distingue fácilmente si el fluido posee un régimen de carácter laminar o turbulento, siendo el régimen de transición más difícil de observar y de lograr debido a la alta sensibilidad del número de Reynolds en función de la velocidad. Cabe mencionar que el número de Reynolds y la turbulencia del fluido es extremadamente sensible a diversos agentes externos, es por esto que se decide no usar la salida de agua para salida constante ya que produce bastante turbulencia. Para finalizar se puede decir que los objetivos fueron cumplidos a cabalidad, se logra caracterizar el comportamiento del fluido en función de su número de Reynolds.
Apéndice .
Información de Permanganato de potasio, recuperado de http://documentacion.ideam.gov.co Guía C683: Visualización de flujo, Universidad de Santiago de Chile, Departamento de Ingeniería Mecánica, recuperado de www.dimec.usach.cl Tablas de “Densidad del agua líquida entre 0 °C y 100 °C” y “Viscosidad dinámica del agua líquida a varias temperaturas”, recuperado recuperado de www.vaxasoftware.com
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