UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE
FACULTAD: INGENIERÍA
CARRERA PROFESIONAL: INGENIERÍA DE MINAS
TÍTULO: NÚMERO DE REYNOLDS-TIPOS DE FLUIDOS
CURSO: FÍSICA II
DOCENTE: MILTON OSMAR RUÍZ ENRIQUEZ
AUTORES:
CHALÁN CAJA MAICOL LUIS CUBAS RUIZ ELBER GUERRERO JAUREGUI NEYLI LUDIT JIBAJA RUÍZ ARACELI MONTEZA RODAS YANETH DEL ROCÍO
FÍSICA II
AGRADECIMIENTO Este trabajo es el resultado del esfuerzo conjunto de todos los que formamos el grupo de trabajo. Por esto agradezco a nuestro profesor de Física, Milton Osmar Ruiz Enríquez, y a mis compañeros quienes a lo largo de este tiempo han puesto a prueba sus capacidades y conocimientos en el desarrollo de este nuevo proyecto A nuestros padres quienes nos brindan apoyo tanto moral y económicamente, para seguir estudiando y lograr nuestros objetivos. A mis profesores a quienes les debo gran parte de mis conocimientos, gracias a su paciencia y enseñanza y finalmente un eterno agradecimiento a esta prestigiosa universidad la cual abrió abre sus puertas a jóvenes como nosotros, preparándonos para un futuro competitivo.
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FÍSICA II
NÚMERO DE REYNOLDS-TIPOS DE FLUIDOS REYNOLDS NUMBER-TYPES OF FLUIDS I.
RESUMEN El número de Reynolds es uno de los números adimensionales más utilizados. La importancia radica en que nos habla del régimen con que fluye un fluido, lo que es fundamental para el estudio del mismo. Si bien la operación unitaria estudiada no resulta particularmente atractiva, pero con el estudio del número de Reynolds, la forma en que fluye un fluido es sumamente importantes tanto a nivel experimental, como a nivel industrial. A lo largo de esta práctica se estudia el número de Reynolds, así como los efectos de la velocidad en el régimen de flujo. Los resultados obtenidos demuestran la diferencia de los tipos de flujo y a cuan velocidad circulan por un medio que está vinculado en el campo de la industria.
Palabras Claves: números adimensionales, fluido, industria, velocidad, régimen de flujo.
ABSTRACT The Reynolds number is one of the most used dimensionless numbers. The importance is that it tells us about the rate at which fluid flows, which is essential for the study of it. While studied unit operation is not particularly attractive, but the study of the Reynolds number, how fluid flows is extremely important both experimentally as industrially level. Throughout this practice the Reynolds number is studied and Aas the effects of speed on the flow rate. The results show the difference in flow rates and how speed circulating medium is related to the field of industry.
Key words: dimensionless numbers, fluid, industry , speed, flow rate .
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FÍSICA II
II.
INTRODUCCIÓN Cuando un líquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en líneas paralelas a lo largo del eje del tubo; a este régimen se le conoce como “flujo laminar”. Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada “velocidad crítica”, el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este régimen se le conoce como “flujo turbulento” (ver la Figura 2.1). El paso de régimen laminar a turbulento no es inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio indefinido que se conoce como “régimen de transición”.
Figura 2.1: Régimen de Flujo Si se inyecta una corriente muy fina de algún líquido colorido en una tubería transparente que contiene otro fluido incoloro, se pueden observar los diversos comportamientos del líquido conforme varía la velocidad (véase la Figura 2.2). Cuando el fluido se encuentra dentro del régimen laminar (velocidades bajas), el colorante aparece como una línea perfectamente definida (Figura 2.1), cuando se encuentra dentro de la zona de transición (velocidades medias), el colorante se va dispersando a lo largo de la tubería (Figura 2.2) y cuando se encuentra en el régimen turbulento (velocidades altas) el colora nte se difunde a través de toda la corriente (Figura 2.3). Las curvas típicas de la distribución de velocidades a través de tuberías se muestran en la Figura 2.3.
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Figura 2.2: Comportamiento del Líquido a diversas velocidades
Figura 2.3: distribución típicas de velocidad Para el flujo laminar, la curva de velocidad en relación con la distancia de las paredes es una parábola y la velocidad promedio es exactamente la mitad de la velocidad máxima. Para el flujo turbulento la curva de distribución de velocidades es más plana (tipo pistón) y el mayor cambio de velocidades ocurre
en la zona más cercana a la pared.
III.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿De qué factores dependen los tipos de flujo y el número de Reynolds en un determinado líquido?
IV.
JUSTIFICACIÓN El presente proyecto surge porque es imprescindible conocer los tipos de flujo que se produce en un determinado líquido, para comprobar o contrastar la información teórica. Además, es importante porque ciertas aplicaciones se encuentran en la industria, mecánica y minería.
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V.
OBJETIVOS a. OBJETIVO GENERAL
Determinar a partir del número de Reynolds, los tres tipos flujo de un líquido.
b. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar cuándo existe un flujo laminar, de transición, o turbulento.
Identificar la relación que existe entre el tipo del flujo con la velocidad a que circula.
VI.
VII.
DISEÑO DE MAQUETA
MARCO TEÓRICO Los diferentes regímenes de flujo y la asignación de valores numéricos de cada uno fueron reportados por primera vez por Osborne Reynolds en 1883. Reynolds observó que el tipo de flujo adquirido por un líquido que fluye dentro de una tubería depende de la velocidad del líquido, el diámetro de la tubería y de algunas propiedades físicas del fluido. Así, el número de Reynolds es un número adimensional que relaciona las
propiedades físicas del fluido, su velocidad y la geometría del ducto por el que fluye y está dado por:
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..
(3.1)
Donde: Re= Número de Reynolds D= Diámetro V= velocidad = Densidad de Líquido = Viscosidad del Líquido Generalmente cuando el número de Reynolds (Ecuación 3.1) se encuentra por debajo de 2100 se sabe que el flujo es laminar, el intervalo entre 2100 y 4000 se considera como flujo de transición y para valores mayores de 4000 se considera como flujo turbulento. Este grupo adimensional es uno de los parámetros más utilizados en los diversos campos de la Ingeniería Química en los que se presentan fluidos en movimiento.
VIII.
MATERIAL Y MÉTODOS
Manguera de 1.5 cm de diámetro.
Manguera de 0.9 cm de diámetro.
Balde de 2.5L.
2 jeringas.
Manguera de equipo diálisis.
Agua.
Agua color rojo.
Silicona.
Adhesivo para tubería.
Para la construcción del presente proyecto se utilizó el método experimental, basado en la utilización de materiales básicamente de naturaleza plástica. El procedimiento es, primero hacer dos orificios en el recipiente (balde), luego pegar las mangueras tanto en el balde y en la válvula T con silicona; luego en el interior del envase se pegan dos pequeños soportes para colocar las ajugas y poder verter el líquido colorante que indica el tipo de flujo.
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FÍSICA II La población donde es aplicable el proyecto es la industria y mecánica, siendo una muestra los diseños mecánicos de bombeo en las minerías de Cajamarca. Por otro lado, el muestreo se adquirirá visitando a las instalaciones de los sistemas mencionados. Para la recolección de datos de usa las fichas de observación donde se plasman las pautas o fórmulas para contrastar los tipos de flujo que experimenta un determinado líquido.
IX.
PROCESAMIENTO DE DATOS Para la maguera de D=0.9cm
Tabla 1
1 2 3
Tiempo (s)
Volumen (m3)
43 23 17
0.5x10 -3 0.5x10 -3 0.5x10 -3
Q(m3/s)
Velocidad (m/s)
1.16x10-5 2.17x10 -5 2.94x10 -5
0.183 0.341 0.283
Re 1647 3069 4158
Tipo de Flujo laminar Transición turbulento
Principio de Continuidad
=
=. = . 4
4
=
= = =
4 (0.910− )
4 (0.910− ) 4 (0.910− ) 4 (0.910− )
∗
∗ 1.1610− = 0.183/ ∗ 2.1710− = 0.341/ ∗ 2.9410− = 0.462/
Cálculo del número de Reynolds =
() = () = () =
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∗ ∗
10 0.183(0.910− ) 10− 10 0.341(0.910− ) 10− 10 0.462 (0.910− ) 10−
= 1647 = 3069 = 4158
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Para la maguera de D=1.5cm
Tabla 2 Tiempo (s) 1 2 3
Q(m3/s)
Volumen (m3) 0.5x10 -3 0.5x10 -3 0.5x10 -3
55 20 10
Velocidad (m/s)
9.09x10-6 2.5x10 -5 5x10-5
0.051 0.141 0.283
Re 765 2115 4245
Tipo de Flujo laminar Transición turbulento
Principio de Continuidad
=
=. = . 4
4
=
=
4 (1.510− )
=
(1.510− )
∗
∗ 9.0910− = 0.051/
4 (1.510 − )
=
4
∗ 2.510− = 0.141/
4 (1.510− )
∗ 510− = 0.283/
Cálculo del número de Reynolds =
() = () = () =
INGENIERÍA DE MINAS
∗ ∗
10 0.051(1.510− ) 10−
10 0.141(1.510− ) 10− 10 0.283(1.510− ) 10−
= 765 = 2115 = 4245
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X.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
¿Qué factores intervienen en los tipos de flujo? Los tres tipos de flujo dependen de dos factores importantes: la velocidad a que circula el líquido y del tiempo en que tarda en vaciarse un determinado volumen. Tal es así que a una mayor velocidad el volumen se vacía en un lapso de tiempo mayor que cuando existe una mayor velocidad, producto del cual el volumen de líquido tardará un menor tiempo en vaciarse.
¿Cómo identificar y diferenciar los tipos de flujo? A partir de las observaciones en el experimento, el flujo laminar se caracteriza porque se dispersa en forma de láminas o hilos sin ondulaciones; en el de transición se observa la dispersión del líquido colorante formando una especie de ondas. finalmente, el flujo turbulento se caracteriza porque el líquido colorante no experimenta una circulación en forma de láminas o de ondas; por el contrario se observa en la salida del líquido colorante ondas de gran amplitud por ello, fácilmente se puede diferenciar los mencionados tipos de flujo. Como se mencionó anteriormente, la producción y diferenciación de los flujos extrínsecamente dependen de la velocidad del propio flujo.
XI.
CONCLUSIONES
El número de Reynolds depende de la velocidad y del tiempo que tarda en vaciarse una determinada cantidad de agua.
A menor velocidad en los tubos de distinto diámetro, se produce un flujo laminar.
XII.
A una velocidad intermedia, se produce un flujo de transición.
A mayor velocidad en los tubos, se produce un flujo turbulento.
BIBLIOGRAFÍA Robert, L. (2006) Mecánica de Fluidos.(6ª ed.). México: Pearson Educación. Mosca, T. (2003) Física para la Ciencia y la Tecnología. (5ª ed.). http://fjartnmusic.com/Personal/6o_Semestre_files/Re.pdf https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2012/389/51453/1/Documento 3.pdf.
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XIII.
ANEXOS
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