2104 CUBA DE REYNOLDS
LABORATORIO DE INGENIERIA I Profesor: Ing. Jorge López Integrantes: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Obando Moreno, Laura Fabiola Olaya Gil, Clarita Fiorella Paucar Blaz, Sasha Vanessa Ponce Ponce, Karen Lizbeth Quispe Martínez, Martha Olivia Vega Vega, Elizabeth
CUBA DE REYNOLDS I. INTRODUCCION Un fluido en reposo, la única propiedad significativa es la masa de dicho fluido. Contrariamente con lo que sucede con los sólidos, las partículas de un fluido en movimiento pueden tener diferentes velocidades y están sujetos a distintas aceleraciones. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES QUE SE APLICAN A TODO FLUIDO SON: a) Principio de la conservación de la materia, a partir de la cual se establecerá la ecuación de la continuidad. b) Principio de la energía cinética a partir de la cual se reduce ciertas ecuaciones aplicables a los fluidos. c) Principio de continuidad de movimiento, a partir de la cual se reduce ciertas ecuaciones aplicables que nos permite calcular las fuerzas dinámicas ejercidas por los fluidos en movimiento.
II. OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES Caracterizar a un fluido en sistemas cerrados OBJETIVOS ESPECIFICOS Observar y comprobar el comportamiento de un fluido liquido, a nivel de laboratorio, así también, compararlo con el fluido obtenido con el numero de Reynolds Determinar el número de Reynolds Observar y comprobar el comportamiento de un fluido laminar y turbulento. Proyectar estos principios aquí observados a cualquier necesidad que la industria nos lo exija. III. MARCO TEORICO
La distinción entre un flujo laminar y turbulento, se encontró por primera vez, en la clásica experiencia de Reynolds, dada a conocer en 1883. COMPORTAMIENTO DE UN FLUIDO En particular es lo que se refiere a las pérdidas de energía, depende de que el fluido sea laminar o turbulento, por esta razón, se necesita un medio para predecir el tipo de flujo sin tener que observarlo en realidad. Más aun la observación directa es imposible para fluidos que van por tubos opacos. Se demuestra en forma experimental
y se verifica de modo analítico, que el carácter de un fluido en un tubo redondo depende de 4 variables: -
La densidad de un fluido La viscosidad El diámetro del tubo La velocidad promedio del flujo
NÚMERO DE REYNOLDS Fue el primero en demostrar que es posible pronosticar el flujo laminar o turbulento si se conoce la magnitud de un numero dimensional, al que hoy se le denomina numero de Reynolds. El número de Reynolds es la relación de la fuerza de la inercia sobre un elemento de un fluido a la fuerza viscosa. La fuerza de inercia. La fuerza de inercia se desarrolla a parir de la segunda ley de del movimiento de newton (F=m.k), la fuerza viscosa se relaciona con el producto del esfuerzo cortante por el área. Entonces el número de Reynolds, se puede determinar de la siguiente manera:
Ó Donde: D: Diámetro ū: Velocidad ρ: Densidad μ: Viscosidad dinámica V: Viscosidad cinemática
Aquí denotamos algunas unidades requeridas: CANTIDAD
UNIDADES EN SI
velocidad
⁄
UNIDADES TRADICONALES ⁄
Diámetro Densidad Viscosidad dinámica Viscosidad cinemática
⁄ N.s/
o N. o
Pa.s
⁄ ⁄
El aparato utilizado por Reynolds se representa en la figura 1 aquí en un tanque de vidrio lleno de agua, se sumerge en un tubo horizontal de vidrio, mediante, una válvula, se hace circular a través de un tubo, un flujo controlado de agua la entrada de un tubo esta ensanchado, mediante un dispositivo adecuado, se introduce en la corriente de agua a la entrada, un filamento de agua coloreado procedente de un frasco situado en la parte superior. Este esquema se realizó con el programa Autocad y se adjunta con este informe.
TIPOS DE FLUJOS FLUJO LAMINAR: Aquí el movimiento de fluido es ordenado, se mueve en láminas paralelos sin mezclarse. Se da para valores de Re<2000 en la cuba se mostrara el colorante introducido en línea paralela. Si el Re se encuentra entre 2000 y 4000 el estado es transitorio. FLUJO TURBULENTO: Aquí el movimiento es en forma caótica, donde las partículas se mueven desordenadamente, forman remolinos periódicos. Se da para valores de Re< 4000 el colorante tiende a difundirse en todo el flujo.
CAUDAL: El caudal “Q” es el volumen del fluido por unidad de tiempo, que pasa a través de una sección transversal a la corriente.
-
PARTE PRÁCTICA Cuba de Reynolds Cronometro Probeta Sustancia coloreada
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL(TEORICO): -
Llenar la cuba con agua hasta que permanezca constante a una determinada altura. Preparar el tinte en su propio recipiente Abrir la válvula de descarga en su primera posición Abrir la válvula del colorante para observar el fluido y el tipo de flujo Tomar el volumen de agua en la probeta graduada a un tiempo determinado por 2 veces y obtener un promedio.
V. MATERIALES Y REACTIVOS
Cuba de Reynolds
Cronometro
Probeta
Agua y Fluoresceína sódica
VI. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL(PRACTICO) Al iniciar con esta experiencia, primero tenemos que verificar que el nivel del tanque esté equilibrado en ambos lados. Procedemos a abrir la válvula de entrada y salida del agua, de tal manera que ambos compartimientos del tanque presente el mismo nivel. Ya nivelado los dos compartimientos se libera el colorante de fluoresceína para que así fluya a través del tubo transparente. Este flujo es regulado por una pequeña válvula y a la salida se coloca una probeta para medir el volumen en un determinado tiempo, con lo cual se obtiene el caudal para luego hallar la velocidad; posteriormente se ingresa toda la fórmula del número de Reynolds, la cual depende del diámetro de la tubería, la velocidad, y la viscosidad cinemática (μ), que en este caso es la del agua.
OBSERVACIONES:
En la experiencia observamos que al momento de abrir la válvula del colorante visualizamos que el agua está compuesta por partículas.
En la primera marca observamos la formación de una línea coloreada.
Al abrir la llave a la segunda marca observamos que el colorante se desplazaba mas desordenado. Al inicio se observaba que el colorante se desplazaba en el tubo transparente como un hilo no muy delgado formando pequeñas ondas.
Al abrir en la tercera marca el colorante se dispersaba en toda el área de la tubería transparente y se formaban varias ondas que se entrecruzaban entre sí.
En la cuarta marca ya observamos la formación de ondas senoidales, por lo que caracterizamos un flujo turbulento.
VII.
DATOS EXPERIMENTALES
Abertura
Vol(ml)
Tiempo(s)
V(m3/s)
NR
Comentarios Flujo
1ra Marca
200
30.98
6.46*10-6
658.0767
laminar, se observa una línea Flujo en transición,
2da Marca
200
8.15
24.54*10-6
2483.31
se forman ligeramente ondas Flujo turbulento,
3ra Marca
225
4.79
47.47*10-6
4842.45
se forman ondas senoidales Flujo turbulento,
4ta Marca
208
4.14
50.18*10-6
5090.78
se forman ondas senoidales
VIII.
CÁLCULOS TABLA DE DATOS DEL AGUA TEMPERATURA VISCOSIDAD
220 C 1.005*10-3 Kg/ms.
DENSIDAD
998.29Kg/m3
DIÁMETRO
1.25cm
TABLAS DE LAS EXPERIENCIAS: En la tabla de datos experimentales hallamos el flujo volumétrico y la velocidad con las siguientes ecuaciones:
( ( )
)
, para el flujo volumétrico
, para la velocidad lineal Luego comenzamos a calcular el número de Reynolds para cada abertura de la llave con la siguiente fórmula:
Donde: : Densidad del agua : Velocidad : Diámetro de la tubería de vidrio
Pero:
̇
Luego:
̇
CONCLUSIONES
Se observo que a medida se abría la válvula de control de la salida de agua aumentaba el caudal y por tanto el numero de Reynolds Se comprobó que la turbulencia iba en aumento a medida que el caudal crecía
IX.
PROBLEMAS
1. A través de una tubería de acero circula agua a 25°C. El diámetro nominal de la tubería cédula 40 es de 2pulgadas con una longitud de 125 m y transporta un caudal de 189 l/min. Calcule el número de Reynolds. SOLUCION
-Formula de Reynolds , -Hallamos la velocidad De tablas D=2 pul cedula 40 D(interno)=5.25cm
(
)
(
) (
)
-Hallamos el número de Reynolds Datos: (
) (
(
)
)(
)(
)
El flujo es turbulento
2. Determine el rango de velocidad promedio donde el flujo estaría en la región crítica, si aceite con especificación SAE 10 a 60ºC fluyera por una tubería de 2 pulg cédula 40. El aceite tiene una gravedad específica de 0.89 SOLUCION El flujo etaria en la región crítica si 2000
D N R D NR
Después encontramos los valores de η, D y ρ En tablas: D=0.1723 pie η=2.10 x 10-3 lb-s/pie2 Ρ= 1.73 slug/pie3 Al sustituir los datos en la ecuación, obtenemos:
N R (2.10 x10 3 ) (7.05 x10 3 ) N R (0.1723)(1.73)
Para NR=2000, se tiene:
(7.05 x103 )(2 x103 ) 14.1 pie / s Para NR=4000, se tiene:
(7.05 x103 )(4 x103 ) 28.2 pie / s Por tanto, si 14.1 < υ <28.2 pies/s, el flujo se encontrara en la región critica
3. ¿Para qué caudal se volvería turbulento un flujo de agua en una tubería de 1 cm de diámetro?
SOLUCION Sabemos que:
La velocidad a la que se volvería turbulento el flujo es:
Entonces reemplazando tenemos que:
Hemos supuesto que el valor crítico del número de Reynolds es 4000. El caudal correspondiente a esa velocidad vale:
(
)
X.
RECOMENDACIÓN
XI.
Al medir el volumen y el tiempo debemos ser muy precisos para obtener datos exactos sobre el caudal volumétrico Ser agudamente observadores al momento de determinar el tipo de régimen de flujo
BIBLIOGRAFIA
Díaz Córdova Zoila. “MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO”. una 1998 Robert L. Mott, “MECANICA DE FLUIDOS”. sexta edición Antonio Valiente Barderas , “ PROBLEMA DE FLUJO DE FLUIDOS ” Mataix Claudio, “MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS”. editorial harla harper.
