Lab 3. Cuba de Reynolds.docx

CUBA DE REYNOLDS Experiencia de Laboratorio N 3.

GRUPO HORARIO: 93G. INTEGRANTES:  

AYMA CONTRERAS ROYERI ORTIZ DOMINGUEZ FRANK

1523120361 1523120459

PROFESOR: ING. JOSE LUIS CURAY TRIBEÑO. FECHA DE ENTREGA: 25/06/2018 25/06/2018

2018

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Escuela Profesional de Ingeniería eléctrica

CUBA DE REYNOLDS

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS 3° INFORME: CUBA DE REYNOLDS


I.

INTRODUCIÓN 1. OBJETIVO a) Determinar el tipo de flujo que posee cierta cantidad de agua en la cuba de Reynolds, en diferentes niveles de escurrimiento. b) Calcular mediciones del número de Reynolds para flujos en diferentes condiciones de velocidad. c) Comprender la importancia del número de Reynolds en el estudio del comportamiento de flujos. 2. DEFINICION DE TERMINOS NO COMUNES a) Caudal Volumétrico: Es el volumen de fluido que pasa por una superficie dada en un tiempo determinado. b) Número de Reynolds: Es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos para caracterizar el movimiento de un fluido.

II.

FUNDAMENTO TEÓRICO OSBORNE REYNOLDS Nació en el año 1842 y falleció 1912 en el transcurso de su vida en el año 1874 estudió las características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluía por una tubería. A velocidades bajas del líquido, el trazador se mueve linealmente en la dirección axial. Sin embargo, a mayores velocidades, las líneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa rápidamente después de su inyección en el líquido. El flujo lineal se denomina Laminar y el flujo errático obtenido a mayores velocidades del líquido se denomina Turbulento.



a) Flujo Laminar Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido. Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. Se puede presentar en las duchas eléctricas vemos que tienen líneas paralelas El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos.

b) Flujo Turbulento En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos periódicos, (no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica. Las primeras explicaciones científicas de la formación del flujo turbulento proceden de Andréi Kolmogórov y Lev D. Landau (teoría de Hopf-Landau). Aunque la teoría modernamente aceptada de la turbulencia fue propuesta en 1974 por David Ruelle y Floris Takens.



c) Flujo de Transición Es un flujo intermedio entre laminar y turbulento.

d) Número de Reynolds El número de Reynolds se puede definir como la relación entre las fuerzas inerciales (o convectivas, dependiendo del autor) y las fuerzas viscosas presentes en un fluido. Éste relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande). Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de Reynolds viene dado por:

 =

.  .  

O equivalentemente por:

 =

 .  

Donde:

: Densidad del fluido  : Velocidad característica del fluido : Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema

 : Viscosidad dinámica del fluido

: Viscosidad cinemática del fluido (m²/s) LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS 3° INFORME: CUBA DE REYNOLDS


VISCOSIDAD CINEMÁTICA Representa la característica propia del líquido desechando las fuerzas que genera su movimiento, obteniéndose a través del cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del producto en cuestión. Su unidad es el stoke o centistoke (  /). CAUDAL Es la cantidad o nivel de una determinada sustancia que pasa por un cierto lugar durante un cierto periodo de tiempo. Determinación del caudal Q: caudal m / V: volumen (m ) t: tiempo (s) =

III. 

∀ 

… (1)

EQUIPOS Y MATERIALES A UTILIZAR Cuba de Reynolds.

Este equipo está pensado para observar el tipo de flujo que tenemos y también para determinar el número de Reynolds con el cual también podemos determinar el tipo de flujo.



Especificaciones del equipo:







Nivel de burbuja: Nos ayuda a nivelar de manera correcta el equipo.

Válvula de descargue: Empleada para salida del agua y aperturada en distintas posiciones para la toma de datos.

Tubo de Vidrio: Es el viaducto por donde observaremos pasar al fluido antes de llegar a la válvula de descargue y donde también se observaría la coloración.


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

Depósito de colorante: En él se almacena el colorante para luego aperturar la válvula y observar como colorea en el tubo de vidrio (no utilizado)

Probetas Graduadas: Es donde el agua descenderá finalmente saliendo de la válvula de descarga y la cual usaremos en el uso de toma de datos en referencia al tiempo de caída y el volumen tomado.

Marca: Pirex Rango: < 200ml, 1000 ml> Aproximación: 200ml



Baldes: Lo usamos para poder traer agua y vaciarlos en la cuba.





Termómetro: Nos ayuda a medir la temperatura de lagua.

Marca: Bocio Rango: <-10° , 150°> Aproximación: 1°C



Papel Toalla: Lo usamos para poder secar y limpiar la mesa de trabajo.



Tinta (violeta genciana)



IV.

PASOS A SEGUIR DE LA EXPERIENCIA 1. Nivelar la Cuba de Reynolds. 2. Establecer cuidadosamente el número de vueltas que se le aplicará a la válvula de descargue de la tubería de vidrio, desde la posición de cierre hasta la posición de completa abertura. 3. Tomar la temperatura del agua y determinar la viscosidad cinemática utilizando una tabla T & V. 4. Agregar agua en la cuna de Reynolds hasta el nivel máximo del vertedero de rebose. 5. Dejar reposar un tiempo prudencial de aproximadamente 5 segundos. 6. Abrir la válvula para la primera posición de referencia. 7. Mantener el nivel del agua en la Cuba de Reynolds constante al nivel del rebose, se deberá colocar tanta agua en la Cuba de Reynolds como la que se desfoga por la válvula.

HOJAS DE DATOS Y CÁLCULO Datos de laboratorio. El diámetro de la tubería de vidrio es 0.0264 Mediciones y Resultados Temperatura del agua: 19°C Viscosidad cinemática: .  ∗ −  /

Cálculos: a) Determinación del caudal volumétrico: use la fórmula:  = ∀/, ∀= volumen en  , t en segundos. b) Determinación de la velocidad del fluido en la tubería.  De la fórmula del caudal:  = , A es el área de la sección transversal de la tubería. c) Determinación del número de Reynolds. El número de Reynolds, para tuberías es: Re= V.D/ν ν es la viscosidad cinemática del agua a la temperatura de ensayo (De tablas).



V.

DESARROLLO Tabla de mediciones

I.

Fracción de abertura total

Volumen

1/3 de vuelta 2/3 de vuelta Válvula totalmente abierta

500*10

m

Tiempo promedio(segundos) 17,83 8,1 6

3

6 6

500*10

6

500*10

SECUENCIA DE CALCULOS

a) determinación del caudal Use la fórmula: =

Q: Caudal m / V: Volumen (m) t: Tiempo (s)



… (1)

∀ 

500 x 10− 

=

17,83 s

−

= 28,04 x 10

 

Para 2/3 del total de abertura de válvula: =





Para 1/3 de vuelta de la abertura de válvula: =



∀

∀ 

500 x 10−  

=

8,1 s

−

= 61,72 x 10

 

Totalmente abierto la válvula: =

∀ 

=

500 × 10− 


6 s

−

= 83,33 x 10

 


b) Determinación de la velocidad del fluido en la tubería

De la fórmula del caudal: =





… (2)

A: área de la sección transversal de la tubería ( m )

V: velocidad (m/s)  =



  4

=

(.  ) 4

= 54,74  10− 

Para 1/3 de vuelta de la abertura de válvula:    = 51,29 x 10−  = =  54,74  10−  28,04 x 10−



Para 2/3 del total de abertura de válvula:  61,72 x 10   = 112,75 x 10−  = =  54,74  10−   −



Totalmente abierto la válvula:    = 152,22 x 10−  = =  54,74  10−   83,33 x 10−



c) Determinación del número de Reynolds El número de Reynolds, para tuberías, es: Re =

VD μ

…(3)

 : Velocidad del fluido en la tubería. μ : Viscosidad cinemática del agua a 19 °C ( .  ∗ −  /)

D: Diámetro de la tubería (0.0264 m)



Para 1/3 de vuelta de la abertura de válvula: Re =

VD μ

 )(0.0264m)  = 1307,00  − 1.036 ∗ 10 

(51,29 x 10− =

Re < 2100 el flujo se considera LAMINAR 

Para 2/3 del total de abertura de válvula: Re =

VD μ

 )(. m)  = 2873,16  − .  ∗  

(112,75 x 10− =

2100
Totalmente abierto la válvula:

Re =

VD μ

 )(.  m)  = 3878,96   .  ∗ − 

(152,22 x 10− =

2100


II.

TABULACION DE RESULTADOS Mostramos los datos finales obtenidas a través de cálculos:

Fracción Volumen de m abertura total 1/3 de 500* 10 vuelta 2/3 de 500* 10 vuelta Válvula totalmente 500* 10 abierta

Tiempo promedio(s)

Caudal promedio (m3/s)

6

17,83

28,04 x 10−

51,29 x 10−

1307,00

LAMINAR

6

8,1

61,72 x 10−

112,75 x 10−

2873,16

TRANSICION

6

6

83,33 x 10−

152,22 x 10−

3878,96

TRANSICION

3

VI.

Velocidad (m/s)

Número Tipo de de flujo Reynolds

CONCLUSIONES 





Se demostró que, al elevar la velocidad de caída del agua desde la cuba de Reynolds hasta la probeta, el flujo sufre cierta cantidad de perturbaciones la cual pasa de ser un flujo laminar a uno de transición, esto debido que las perturbaciones son relativamente menores. Pudimos verificar los tipos de flujo considerando su régimen, laminar, de transición y turbulento. El tiempo de caída del fluido desde la cuba hasta la probeta se minimiza conforme el flujo se perturba.

VII. OBSERVACIONES 





Hubo inconveniente a la hora de tomar el tiempo del agua que se descargaba de la cuba. No se pudo observar con mayor claridad el tipo de flujo debido a que el tubo se encontraba en mal estado debido a la sedimentación del tinte de experiencias anteriores. La medida del diámetro del tubo no fue determinada de una manera muy precisa, debido a que el vernier no estaba bien posicionado debido al tamaño de la cuba.



VIII. RECOMENDACIONES 



IX.

Es necesario tener cuidado al momento de vaciar los líquidos pues podríamos generar que los porcentajes de error aumentara. El orden y la limpieza son muy importantes para no llegar a mesclar los líquidos en un descuido.

BIBLIOGRAFÍA 

Física 2 – Hugo Medina- Capitulo 4-Mecánica de fluidos.



http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynolds



ENSO LEVI, El Agua Según la Ciencia, Evolución de la hidráulica, Volumen I.



Mecánica de fluidos, yunus a. cengel.


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