Trabajo de Investigacion Fluidos II PDF

FACULTAD DE INGENIERIA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL __________________ ___________________________ __________________ _________________ __________________ ___________________ ___________________ _________________ _______

PROYECTO DE INVESTIGACION

DEMOSTRACION DEL FLUJO LAMINAR EMPLEANDO EL EQUIPO DE OSBORNE REYNOLDS. __________________ ___________________________ ___________________ _________________ _________________ ___________________ ___________________ _________________ _______

MECANICA DE FLUIDOS II AUTOR LOBATON REGALADO,

Luis Ángel

PIMENTEL, 23 DE MAYO DEL 2014

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DEDICATORIA

A mi padre fallecido, Que mientras vivió fue un apoyo incondicional en mis estudios. A pesar de nuestra distancia física, siento que estás conmigo siempre. A mi madre que además de darme la vida ha estado siempre pendiente de mis luchas diarias. A mi Dios quién supo guiarme por el buen camino, darme fuerzas para seguir adelante y no desmayar en los problemas que se presentaban, enseñándome a encarar las adversidades sin perder nunca la dignidad ni desfallecer en el intento. A mi novia Guiselly quien me apoyo y alentó para continuar, cuando parecía que me iba a rendir.













AGRADECIMIENTO

El presente trabajo de investigación fue realizado bajo la supervisión del Ing. Guillermo Gustavo Arriola carrasco, a quien me gustaría expresarle mi más profundo agradecimiento, por hacer posible la realización de esta investigación. Además, de agradecer su paciencia, tiempo y dedicatoria que tuvo para que esto saliera de manera exitosa. A la facultad de ingeniería civil de la universidad señor de Sipán, por permitirme el uso de su laboratorio de hidráulica para el desarrollo de esta investigación.













RESUMEN El número de Reynolds es un número

adimensional utilizado en

mecánica de fluidos, en esta investigación demostraremos el flujo laminar empleando empleando el el equipo de

osborne Reynolds el cual debe ser

menor de 2300, dicha asignación del valor numérico para el flujo laminar fue reportado por primera vez por Osborne Reynolds en 1883, el cual estudió las características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluía por una tubería. Para hacer posible esta demostración haremos uso del equipo de Reynolds (FME-06) que se encuentra en el laboratorio de hidráulica de la universidad señor de Sipán. De esta esta manera manera demostraremos demostraremos los valores valores dados dados por

Reynolds para

un flujo laminar.

Palabras claves: flujo laminar, número de Reynolds.

ABSTRACT The Reynolds number is a dimensionless number used in fluid mechanics, in this research demonstrate laminar flow using equipment Osborne Reynolds which must be less than 2300, such assignment of numerical value for laminar flow was first reported by Osborne Reynolds in 1883, which studied

the

characteristics of fluid flow by injecting a tracer into a fluid flowing through a pipe. To enable this demonstration we use the Reynolds team (FME06) located in the hydraulic laboratory of the Lord of Sipán university.













ÍNDICE DEDICATORIA__________________________________________________ AGRADECIMIENTOS______________________________________________ RESÚMEN______________________________________________________ ÍNDICE_______________________________________________________ INTRODUCCIÓN_________________________________________________ CAPITULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACION 1.1. SITUACIÓN PROBLEMÁTICA__________________________________ 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA________________________________ 1.3. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN________________________ 1.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN_________ 1.5. LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN________________________ 1.6. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN Objetivo General_____________________________________________ Objetivos Específicos________________________________________

CAPITULO II: MARCO TEORICO 2.1 ANTECEDENTES DE ESTUDIOS_________________________________ 2.2. BASE TEÓRICA CIENTÍFICAS________________________________ 2.3. DEFINICIÓN DE LA TERMINOLOGÍA (MARCO CONCEPTUAL)________

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO 3.1. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN__________________________ 3.2. POBLACIÓN Y MUESTRA_____________________________________ 3.3. HIPÓTESIS_______________________________________________ 3.4. OPERACIONALIZACIÓN______________________________________ 3.5. MÉTODOS, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS













CAPÍTULO IV: ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS 4.1. RESULTADOS EN TABLAS Y GRÁFICOS_________________________ 4.2. DISCUSIÓN DE RESULTADOS_________________________________

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES__________________________

CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1. CONCLUSIONES____________________________________________ 6.2. RECOMENDACIONES_________________________________________

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS___________________________________ ANEXOS PANEL FOTOGRAFICO_____________________________________















INTRODUCCIÓN Los diferentes regímenes de flujo y la asignación de valores numéricos de cada uno fueron reportados por primera vez por Osborne Reynolds en 1883 , el cual estudió las características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluía por una tubería. A velocidades bajas del fluido, se ve que el movimiento tiene un carácter laminar. Sin embargo cuando hay mayores velocidades, el flujo del fluido se desorganizan obteniendo así un flujo turbulento. Para medir el parámetro usamos el número de Reynolds, el cual es un número adimensional que se utiliza para definir las características del flujo dentro de una tubería. El presente trabajo de investigación se realizara en el laboratorio de hidráulica de la Universidad Señor de Sipán, y se

trabajará

con

el

equipo

Osborne

Reynolds,

donde

se

demostrara el flujo laminar con valores menores de 2300. Mediante la toma de datos experimentales, se obtendrán por medio

del

uso

de

fórmulas

resultados

los

cuales

serán

procesados mediantes tablas y gráficos con la finalidad de observar el comportamiento del fluido a diferentes caudales.













CAPITULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACION

1.1. SITUACIÓN PROBLEMÁTICA Flujo laminar se denomina 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 El número de Reynolds es un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describen en qué condiciones el flujo será laminar o turbulento. En el caso de fluido que se mueve en un tubo de sección circular, el flujo persistente será laminar

por

debajo

de

un

número

de

Reynolds

crítico

de

aproximadamente de 2300.Para números de Reynolds más altos













1.3. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN Al tratar de demostrar un tipo de flujo laminar se usara un equipo de Osborne de

ingeniería

Reynolds (FME-6) de la escuela profesional

civil

de

la

universidad

señor

Sipán

y

se

realizara en el presente semestre académico.

1.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN El aporte y la importancia que tendrá este trabajo será la demostración del Experimento de Osborne Reynolds, de forma visual y analítica para un flujo laminar con valores menores de 2300.Para ello, se realizaron pruebas de laboratorio con caudales diferentes. Este

Trabajo

Especial

de

Pregrado

es

un

aporte

para

la

carrera y la universidad por su gran valor académico y por qué existen pocas investigaciones sobre este tipo. De igual forma, los resultados de esta investigación permiten que los estudiantes del curso de fluidos 2, fortalezcan sus conocimientos sobre el número de Reynolds para un flujo laminar.

1.5. LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN













1.6. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN Objetivo General. Demostrar a través del equipo de Reynolds un flujo laminar con valores menores a 2300.

Objetivos Específicos. 

Seleccionar

los

métodos

y

técnicas

necesarias

para

estudiar el flujo laminar 

Analizar los métodos y técnicas para demostrar un flujo laminar con el uso del equipo de Reynolds.



Evaluar

en

demostración

base de

un

a

los

flujo

resultados laminar

con

obtenidos

la

el

de

equipo

Reynolds. 

Proponer en función a los resultados los parámetros para obtener un flujo laminar.













CAPITULO II: MARCO TEORICO 2.1 ANTECEDENTES DE ESTUDIOS No existe ninguna investigación a nivel local y nacional sobre la demostración del flujo laminar con el equipo de Reynolds.

Solo Se ha Reportado a nivel internacional la siguiente investigación: Tema: Diseño y montaje del equipo hidráulico para el ensayo del laboratorio descarga.

del

número

de

Reynolds

y

orificios

de

Autor: Umeimar Ramiro Urrea Toledo Año: 2012 Objetivo de la investigación: Diseño y montaje del equipo hidráulico para el ensayo del laboratorio del número de Reynolds y Comprobar si las características del flujo son de acuerdo a su tipo, por medio del sistema diseñado.

El cual concluye en: Realizado el experimento de Reynolds con anilina mineral se puede observar experimentalmente el tipo de flujo que pasaba por el tubo de acrílico, se hizo las respectivas















2.2. BASE TEÓRICA CIENTÍFICAS 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.













laminar

a

turbulento

es

en

general

sensible

a

ruido

e

imperfecciones en el sistema. El perfil laminar de velocidades en una tubería tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo. En este caso, la pérdida de energía es proporcional a la velocidad media, mucho menor que en el caso de flujo turbulento.

.

Flujo laminar de un fluido perfecto

Distribución de velocidades en un













EL NUMERO DE REYNOLDS El

número

densidad,

de

Reynolds

relaciona

viscosidad,

velocidad

la 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:













LABORATORIO DEMOSTRACION DEL FLUJO LAMINAR EMPLEANDO EL EQUIPO DE REYNOLDS. EQUIPOS A UTILIZAR 1. BANCO HIDRÁULICO Es un equipo para el estudio del

comportamiento

de

los

fluidos, la teoría hidráulica y

las

propiedades

mecánica Compuesto hidráulico

de

de

fluidos.

por móvil

un

la Está

banco que

se

utiliza para acomodar una amplia variedad de módulos, que permiten al estudiante experimentar los problemas que plantea la mecánica de fluidos.

Partes













2. EQUIPO OSBORNE REYNOLDS (FME-06) El

módulo

consiste

en

un

depósito

cilíndrico dotado de una tobera acoplada a un tubo de metacrilato, que permite la visualización del fluido. Un del

rebosadero caudal

y

garantiza una

aguja

la

homogeneidad

acoplada

a

un

depósito suministra el colorante. El agua se suministra desde el Banco Hidráulico (FME00)

o

el

Grupo

de

Alimentación

Hidráulica Básico (FME00/B). La

visualización

del

régimen

laminar

o

turbulento se puede realizar actuando sobre la válvula de control de flujo.















5. REACTIVO Liquido un poco viscoso para poder identificar el tipo de flujo que corre en un determinado caudal.

6. TERMÓMETRO Aparato

que

temperatura, determinar

su

según tabla.

sirve del

para agua

viscosidad

medir y

la

poder

cinemática













caudal no lo controlaríamos desde la perilla o válvula del tanque hidráulico, si no desde el mimo FEM-06. 5. Una vez el FEM-06 estaba lleno, se procedió a abrir la válvula para liberar el colorante, lo cual nos permitió observar el flujo del agua. 6. Se

procedió

medición

de

a

hacer

caudales

lo

mismo

bajos,

que

con

hicimos

una

para

probeta

y

la la

manguera, con la diferencia que ahora la manguera era la de salida de agua del FEM-06 (el caudal se controlaba con el FEM-06 o Módulo de demostración de Osborne-













CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO 3.1. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN Investigación

cuasi-experimental: está

integrada

por

un

conjunto de actividades teóricas, metódicas y técnicas que se realizan para recabar la información y datos necesarios sobre el tema a investigar y el problema a resolver.

3.2. POBLACIÓN Y MUESTRA















Velocidad



Diámetro de la tubería



Temperatura



viscosidad

3.5. MÉTODOS, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS 

Aplicación de fórmulas

actuales para el cálculo del

número de Reynolds. 

Utilización del equipo de Osborne Reynolds(FME-069)













CAPÍTULO IV: ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS 4.1. RESULTADOS EN TABLAS Y GRÁFICOS. DATOS Datos obtenidos en el Equipo de Osborne Reynolds. 

Temperatura del Agua: 32 °C



Diámetro de la tubería: 10 mm. = 0.01 m.















Antes

de

exponer

los

describir

algunas

expresiones

práctica.

resultados

obtenidos,

matemáticas

es

usadas

necesario en

esta













RESULTADOS Al

aplicar

las

ecuaciones

descritas

anteriormente,

se

obtuvieron los resultados para cada experiencia. Los mismos













En el grafico podemos apreciar que cuando va aumentando el caudal lo mismo sucede con el número de Reynolds. GRAFICO N°2













4.2. DISCUSIÓN DE RESULTADOS. Es la autoevaluación de los procedimientos empleados y discusión de los posibles alcances y significados de la













CAPÍTULO V: PROPUESTA DE INVESTIGACIÓN ECUACIÓN EXPLÍCITA PARA EL CÁLCULO DE FACTORES DE FRICCIÓN

“































































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