Visualizacion de Regimenes de Flujo

MECANICA DE FLUIDOS

INFORME DE LABORATORIO N° 01

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL CURSO

: Mecánica De Fluidos

INFORME N°

: 01

TEMA

: Visualización De Regímenes De Flujo (Número De Reynolds)

CODIGO

: 062.0707.053

ALUMNO

: Alexander Octavio Aguedo Torres

DOCENTE

: Msc. Ing. Marco Antonio Silva Lindo

FECHA DE INICIO DE LABORATORIO

: 11/06/14

FECHA DE ENTRAGA DE INFORME

: 23/06/14

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VISUALIZACIÓN DE REGÍMENES DE FLUJO (NUMERO DE REYNOLDS) I.

INTRODUCCIÓN En el presente informe visualización de regímenes de flujo (número de Reynolds) determinaremos la naturaleza del flujo dado para un fluido incompresible calculando su número de Reynolds y así comprobar si los resultados teóricos concuerdan con los experimentales. Para conocer el tipo de flujo en forma cuantitativa se debe tener en cuenta el número de Reynolds. Asimismo es importante conocer la estructura interna del régimen de un fluido en movimiento ya que esto nos permite estudiarlo detalladamente. Visualizar los flujos en diferentes regímenes de escurrimiento, diferenciando el flujo laminar (flujo ordenado, lento) del flujo turbulento (flujo desordenado, rápido), flujo transicional (características (características del flujo laminar y turbulento a la vez). Obtener valores límite para el número adimensional de Reynolds sujeto a las condiciones condiciones bajo las l as cuales se realizan las experiencias.

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II.


OBJETIVOS 

Visualizar los flujos en distintos regímenes de escurrimiento.



Identificar el tipo de régimen de fluido que pasa a través de una tubería.



Describir la apariencia de los tipos de flujo que existen, laminar, transición y turbulento



Clasificar visualmente el tipo de flujo según la trayectoria que sigue la tinta producto de la velocidad del fluido (agua).



Determinar de manera cualitativa el tipo de Flujo y su comportamiento con respectivos valores teóricos arrojados.



Determinar el número de Reynolds para los diferentes tipos de caudales.

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III.


MARCO TEORICO 3.1. OSBORNE REYNOLDS. Osborne Reynolds, nació en Belfast (Gran Bretaña) en 1842. En su etapa más temprana, su educación estuvo a cargo de su padre, quien además de ser un excelente matemático, estaba interesado en la Mecánica. Osborne Reynolds demostró pronto sus aptitudes para la Mecánica y a la edad de 19 años comenzó a trabajar con Edward Hayes, un conocido inventor e ingeniero mecánico. Al cabo de un año decidió ingresar en Cambridge, donde se graduó con honores en 1867 y fue inmediatamente elegido miembro del Queens’ College. En 1868 consiguió ser admitido en lo que posteriormente se convertiría en la Universidad Victoria de Manchester, donde permaneció como profesor hasta 1905. Falleció en 1912 a la edad de 69 años.

La investigación científica de Osborne Reynolds cubrió un amplio abanico de fenómenos físicos y de ingeniería, y estableció los fundamentos de muchos trabajos posteriores sobre flujos turbulentos, modelización hidráulica, transferencia de calor y fricción. Sus estudios sobre el origen de la turbulencia constituyen un clásico en la Mecánica de Fluidos, como se deduce a partir del uso general hoy en día de términos tales como número de Reynolds, tensiones de Reynolds y ecuaciones de Reynolds .

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Figura 1. Fotografía del Tanque de Reynolds.

Entre sus mayores logros figuran sus ensayos de visualización de los flujos laminar y turbulento en conductos, y su análisis sobre los parámetros de dependencia de la transición a régimen turbulento, los cuales fueron publicados por vez primera en 1883, en una revista científica. La fotografía de la Figura 1 y el esquema de la Figura 2 muestran el tanque en que Reynolds llevó a cabo sus ensayos, el cual se conserva en la actualidad en la Universidad de Manchester, aún en estado operativo.

Figura 2. Esquema del Tanque de Reynolds.

Para visualizar las características de los flujos laminar y turbulento, Reynolds empleó un colorante inyectado en una corriente de agua. Según muestra la instalación de la Figura 2, del interior del tanque de Reynolds (que está elevado respecto al suelo), parte un conducto transparente horizontal que, ya fuera del tanque, va conectado a una tubería descendente de desagüe. Debido al desnivel entre la superficie libre del tanque y el desagüe, por esta conducción circula agua. Al final de la tubería hay una válvula de regulación para controlar el caudal de agua desalojado (es decir, la velocidad de la corriente) En ese dispositivo, el agua se introduce en el conducto horizontal a través de una boquilla o embudo, con el objeto de facilitar una circulación del agua UNASAM-FIC

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muy regular. En la zona de la boquilla se encuentra el inyector de colorante, alimentado desde un pequeño depósito exterior a través de una manguera.

Figura 3. Fotografías de los diferentes regímenes de flujo observados en el Tanque de Reynolds

Para el tipo de movimiento correspondiente a flujo por un conducto de sección circular, se puede obtener una solución analítica suponiendo flujo estacionario, simetría axial e imponiendo equilibrio entre las fuerzas de presión y las fuerzas viscosas. La solución así obtenida, que refleja una distribución de velocidad de tipo parabólico respecto a la posición radial, es la conocida ecuación de Hagen-Poiseuille. En este movimiento, que es estacionario, las líneas de corriente coinciden con las trayectorias de las partículas de fluido, así como con las líneas de traza de las partículas de colorante en el ensayo de Reynolds, y no son sino rectas paralelas al eje del conducto. Sin embargo, Reynolds observó que dicho movimiento, estable y regular, sólo existe si la velocidad del flujo es suficientemente pequeña o bien si el diámetro del tubo es suficientemente pequeño para un caudal dado. Bajo estas circunstancias, el colorante forma una línea de corriente bien definida cuyo contorno muestra que sólo existe una pequeña difusión en la dirección radial, debida al transporte molecular. Además, cualquier perturbación que aparezca en UNASAM-FIC

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el flujo es amortiguada rápidamente. Este movimiento es el denominado laminar. Por el contrario, si la velocidad es lo suficientemente grande, el movimiento del fluido se hace muy sensible a cualquier perturbación, las cuales se amplifican rápidamente. El flujo se hace entonces irregular y pierde su carácter estacionario. El grosor del colorante crece rápidamente, el contorno se difumina y toma una forma irregular hasta que aguas abajo se convierte en una nube. Este movimiento es el denominado turbulento. En la Figura 3 se muestran los diferentes regímenes de flujos observados en el Tanque de Reynolds. Reynolds descubrió que la existencia de uno u otro tipo de flujo depende del valor que toma una agrupación adimensional de variables relevantes del flujo, parámetro al que se denomina en su honor como número de Reynolds . Siendo v la velocidad media del flujo (caudal/área transversal del conducto), D el diámetro y ν la viscosidad cinemática del fluido, se define el número de Reynolds, designado como Re, como:

Re =

vD

(1)

ν

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En todos los flujos existe un valor de este parámetro para el cual se produce la transición de flujo laminar a flujo turbulento, habitualmente denominado número de Reynolds crítico . Generalmente para flujo en tubos se establecen los siguientes valores críticos del número de Reynolds: Flujo es laminar Re < 2000

Transición de flujo laminar a turbulento. 2000 < Re < 4000

Flujo es turbulento. Re > 4000

FLUJO DE UN FLUIDO REAL. Los problemas de flujos de fluidos reales son mucho más complejos que el de los fluidos ideales, debido a los fenómenos causados por la existencia de la viscosidad. La viscosidad introduce resistencias al movimiento, al causar, entre las partículas del fluido y entre éstas y las paredes limítrofes, fuerzas de corte o de fricción que se oponen al movimiento; para que el flujo tenga lugar, debe realizarse trabajo contra estas fuerzas resistentes, y durante el proceso parte de la energía se convierte en calor. La inclusión de la viscosidad permite también la posibilidad de dos regímenes de flujo permanente diferente y con frecuencia situaciones de flujo completamente diferentes a los que se producen en un fluido ideal. También los efectos de viscosidad sobre el perfil de velocidades, invalidan la suposición de la distribución uniforme de velocidades.

Características generales de los flujos laminares y turbulentos Cuando entre dos partículas en movimiento existe gradiente de velocidad, es decir, cuando una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas tangenciales que se oponen al desplazamiento relativo entre ambas partículas, es decir, se oponen a la deformación del medio: estas fuerzas son las fuerzas viscosas, que son proporcionales al gradiente de velocidad y a la viscosidad dinámica del fluido (Ley de Newton). Un efecto de la existencia de gradientes de velocidad es que, alrededor de cada partícula, se produce una rotación relativa de las partículas del entorno, movimiento al que también se oponen las fuerzas viscosas. Dependiendo del valor relativo de las fuerzas viscosas respecto a la cantidad de movimiento del fluido (es decir, respecto a las fuerzas de inercia) se pueden producir diferentes estados de flujo: Cuando el gradiente de velocidad es acusado, pero las velocidades bajas en valor promedio (por ejemplo en las zonas de capa límite adyacentes a un contorno rígido o en el flujo por una tubería a baja velocidad), las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia. En este caso el movimiento está controlado por UNASAM-FIC

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las fuerzas viscosas de cohesión de unas partículas con otras, que impiden que pueda haber cambios bruscos de posición relativa. Cualquier perturbación impuesta sobre el flujo principal es rápidamente atenuada por las fuerzas viscosas, y el resultado final es un movimiento en el que las partículas siguen trayectorias definidas: todas las partículas que pasan por un determinado punto en el campo de flujo siguen la misma trayectoria. Este es pues el tipo de flujo denominado laminar (pues las partículas se desplazan en forma de capas o láminas). Cuando se tiene un gradiente de velocidad pero con zonas de alta velocidad, las fuerzas viscosas pierden valor relativo respecto a las fuerzas de inercia. En estas condiciones una perturbación que altere puntualmente el equilibrio entre la rotación relativa alrededor de cada partícula y la deformación propiamente dicha ya no logra ser atenuada por las fuerzas viscosas, sino que crece y da origen a un remolino arrastrado por la corriente. A su vez la presencia de un remolino supone nuevos gradientes de velocidad, por lo que a partir de ese remolino se pueden originar otros remolinos de tamaño más pequeño. El proceso de generación de nuevos remolinos de menor escala finaliza al alcanzar tamaños en los que los gradientes de velocidad asociados (que crecen al disminuir la escala de los remolinos) se corresponden con fuerzas viscosas dominantes sobre las de inercia; estas escalas de tamaño mínimo reciben el nombre de escalas de Kolmogorov, tras los trabajos del científico ruso Andrei Nikolaevich Kolmogorov ( Figura 5) publicados en 1941. Así pues el flujo pasa a estar compuesto por un movimiento en la dirección principal más una sucesión de remolinos de distintas escalas superpuestos entre sí, de modo que cada partícula ya no realiza una trayectoria rectilínea, sino que su rumbo se ve continuamente alterado por la sucesión de remolinos. Este es el tipo de flujo denominado turbulento. Figura 4. Andrei Nikolaevich Kolmogorov (1903-1987)

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En la Figura 5 se muestran visualizaciones de chorros turbulentos. Al contrario que la viscosidad o la densidad, la turbulencia no es una propiedad del fluido, sino del flujo. Como características más destacables de los movimientos turbulentos se tienen: 

Irregularidad: se manifiesta en la aparición de fluctuaciones en las distintas variables fluidodinámicas (velocidad, presión, temperatura) de amplitud y tiempos muy dispares (diferentes escalas de los remolinos). Por tanto un flujo turbulento es intrínsecamente no estacionario, aunque el valor promedio de las variables en cada posición (o el caudal por una tubería) no cambien a lo largo del tiempo. A pesar de ser un fenómeno determinista, las fluctuaciones de la turbulencia parecen caóticas y arbitrarias, lo que justifica el uso de métodos estadísticos para su estudio.



Tridimensionalidad: pueden existir flujos turbulentos que al ser promediados en el tiempo, resulten ser bidimensionales (planos), incluso pueden existir movimientos turbulentos en los que las escalas más grandes de la turbulencia sean fundamentalmente bidimensionales. Sin embargo, a medida que se desciende en el tamaño de las escalas dentro del amplio espectro que caracteriza a la turbulencia, se encuentra que el movimiento asociado a estas escalas pequeñas es siempre tridimensional.



Difusividad: los fenómenos de transporte de masa, cantidad de movimiento y energía, se ven notablemente amplificados por el efecto de la turbulencia. En realidad la turbulencia conlleva una mezcla continua de las partículas del flujo, con lo que lo que los mecanismos de transporte por difusión se ven reforzados por el transporte convectivo por turbulencia.

Figura 5. Detalles de dos chorros turbulentos. 

Disipación: los flujos turbulentos son siempre disipativos. Una vez que se ha desarrollado el flujo turbulento, la turbulencia tiende a mantenerse, pero para ello se necesita un aporte continuo de energía. Esta energía es extraída desde el

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flujo principal hacia los remolinos de mayor tamaño y a continuación se va transfiriendo sucesivamente hacia los remolinos de escalas más pequeñas. Finalmente, en las escalas de Kolmogorov, la energía asociada a las fluctuaciones turbulentas se transforma en energía interna (es decir, en calor), debido al trabajo de las fuerzas viscosas. La distribución de energía entre las distintas escalas de la turbulencia es conocida como cascada de energía. 

Altos números de Reynolds : la turbulencia se origina como una inestabilidad de flujos laminares, ante cualquier perturbación inicial. Del análisis de la estabilidad de soluciones de flujos laminares, se evidencia que la solución se hace inestable a partir de un cierto valor del número de Reynolds, o valor crítico, el cual depende del tipo de aplicación. Sin embargo es posible mantener flujos laminares por encima del Reynolds crítico si en el entorno se aseguran unas condiciones absolutamente libres de perturbación, por ejemplo con una cimentación independiente que impida la transmisión de vibraciones a la instalación con el flujo bajo estudio. En definitiva, la turbulencia es un fenómeno complejo gobernado por las ecuaciones de la Mecánica de Fluidos para un medio continuo, puesto que incluso las escalas más pequeñas que aparecen en un flujo turbulento, las de Kolmogorov, están muy lejos de las escalas de longitud molecular. Sin embargo su solución analítica resulta inviable, y se recurre a correlaciones empíricas.

DESCRIPCIÓN DEL DISPOSITIVO DE ENSAYO La práctica se lleva a cabo en un dispositivo experimental ubicado en el laboratorio de Hidráulica de la E.T.S. de Ingenieros de Minas de Oviedo, cuya fotografía y esquema se muestran en la Figura 6 : Figura 6. Fotografía y esquema del dispositivo experimental.

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El dispositivo experimental consta de dos depósitos de cristal, de los cuales el más pequeño está contenido en el mayor. El depósito grande contiene agua que inicialmente debe estar en reposo para evitar la introducción de turbulencia en el flujo. El depósito pequeño contiene un colorante fuerte (permanganato potásico en este caso) que se inyecta en el depósito lleno de agua mediante un tubo terminado en una boquilla. Un tubo vertical de vidrio permite la visualización del hilo de colorante. En la parte inferior del dispositivo existe una válvula que permite regular el caudal de flujo que circula por la instalación, es decir, permite establece una u otra velocidad de salida del agua. Dependiendo de la velocidad de circulación del agua, el hilo de colorante se observará con mayor o menor nitidez. Cuando la velocidad del agua sea muy baja, el hilo de colorante será perfectamente nítido, hecho indicativo de que se está en un régimen de flujo laminar, como se observa en la Figura 7 (a). Si la velocidad del agua aumenta, comienza a perderse la nitidez del hilo de colorante (régimen de flujo de transición), como se observa en la Figura 7 (b). Finalmente, cuando se continúan aumentando las velocidades de circulación del agua, llega un momento en que el hilo de colorante se rompe completamente, alcanzándose entonces el régimen de flujo turbulento, como se observa en la Figura 7 (c).

Figura 7. Detalle de las distintas formas del hilo de colorante en el tubo de visualización del flujo.

En el dispositivo experimental, el caudal se determina mediante un método volumétrico, es decir, se dispone de un recipiente calibrado en volumen, de modo que la medida mediante un cronómetro del tiempo que se tarda en alcanzar un determinado volumen de agua, proporciona el caudal (volumen / tiempo). Conocido el caudal, ya se puede determinar sin más la velocidad del agua que circula por la instalación teniendo en cuenta que el diámetro del tubo de vidrio para visualización del flujo es de 13 mm. UNASAM-FIC

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Se dispone también de un termómetro en el depósito de agua que permite establecer la temperatura del agua contenida en el mismo. Este dato es necesario puesto que la viscosidad cinemática del agua, necesaria para calcular el número de Reynolds, varía con la temperatura. Suponemos que la temperatura del agua se mantiene constante a lo largo de todo el experimento. En la Tabla I aparecen valores de las viscosidades cinemáticas del agua para algunas temperaturas. Si la temperatura obtenida para el agua en el depósito no coincide con ninguna de las de la Tabla I , deberá realizarse una interpolación entre los valores más próximos.

¿Qué es el número de Reynolds? Es un valor que nos ayuda a identificar la naturaleza de un flujo en una tubería, ya sea laminar, en transición o turbulento.

¿De cuáles variables depende? Depende de la densidad, velocidad, diámetro o longitud y viscosidad dinámica, en términos de ésta; y de la velocidad, diámetro y viscosidad cinemática, en términos de ésta.

Numero de Reynolds Reynolds (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 Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del líquido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo másico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la por la fricción o fuerzas viscosas dentro del líquido que fluye. Cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen cambios en las características del flujo. En base a los experimentos realizados por Reynolds en 1874 se concluyó que las fuerzas del momento son función de la densidad, del diámetro de la tubería y de la velocidad media. Además, la fricción o fuerza viscosa depende de la viscosidad del líquido. Según dicho análisis, el Número de Reynolds se definió como la relación existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).

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Este número es adimensional y puede utilizarse para definir las características del flujo dentro de una tubería. El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida de energía causada por efectos viscosos. Observando la ecuación anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la pérdida de energía, el número de Reynolds es pequeño y el flujo se encuentra en el régimen laminar. Si el Número de Reynolds es 2100 o menor el flujo será laminar. Un número de Reynolds mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento.

Flujo laminar. A valores bajos de flujo másico, cuando el flujo del líquido dentro de la tubería es laminar, se utiliza la ecuación demostrada en clase para calcular el perfil de velocidad (Ecuación de velocidad en función del radio). Estos cálculos revelan que el perfil de velocidad es parabólico y que la velocidad media del fluido es aproximadamente 0,5 veces la velocidad máxima existente en el centro de la conducción.

Flujo turbulento. Cuando el flujo másico en una tubería aumenta hasta valores del número de Reynolds superiores a 2100 el flujo dentro de la tubería se vuelve errático y se produce la mezcla transversal del líquido. La intensidad de dicha mezcla aumenta conforme aumenta el número de Reynolds desde 4000 hasta 10 000. A valores superiores del Número de Reynolds la turbulencia está totalmente desarrollada, de tal manera que el perfil de velocidad es prácticamente plano, siendo la velocidad media del flujo aproximadamente 0.8 veces la velocidad máxima. HIPOTESIS.Se pretende por medio de la realización de esta práctica obtener el número de Reynolds, utilizando datos obtenidos experimentalmente y así comprobar cuando un flujo es laminar y turbulento de una manera didáctica. MODELO MATEMATICO.-

Fórmula para calcular la velocidad la cual necesitamos para calcular el número de Reynolds.

Donde A es el área en metros cuadrados (m 2), por donde pasa el fluido en la tubería, Q es el flujo volumétrico en metros cúbicos sobre segundo (m 3/s) y D el diámetro interno de la tubería en metros (m) UNASAM-FIC

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Fórmula para calcular el número de Reynolds.

Es la viscosidad cinemática que en metros cuadrados sobre segundo (m 2/s). Sustituyendo la velocidad en la formula numero 3 obtenemos otra fórmula para obtener el numero de Reynol

D (m)

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IV.


APARATOS Y EQUIPOS 

Cuba de Reynolds



Aseptil Rojo:

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

Cronómetro



Termómetro Digital


V. PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO La experiencia se procederá de la manera siguiente: Revisar que todas las llaves y válvulas estén cerradas. 

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

Abrir la válvula de control de ingreso del agua de la línea, regulando de tal forma que se presente un rebose de agua mínimo.



Abrir ligeramente la válvula de control de salida y recoger el agua en una probeta o un recipiente que permita la medición del volumen. Tomar la temperatura del agua, ya que con este dato determinaremos la viscosidad cinemática del fluido.



Abrir ligeramente la llave de control de salida del colorante, de manera que fluya a través del tubo de vidrio, tratando que el hilo de tintura sea lo más delgado posible.

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

Mediante la válvula de control de ingreso del agua de la línea, mantener en todo momento un nivel de rebose de agua mínimo.



Con la válvula de control de salida del agua, establecer un flujo laminar. Esto se observa siempre que el hilo de tintura sea continuo.



Siempre con la válvula de salida del agua, obtener el instante en que el régimen llega a la situación crítica de paso de flujo laminar a turbulento, lo cual se observa mediante la ruptura del hilo de colorante al darse las primeras turbulencias.



Obtener para esa situación el caudal. Para ello se llena determinado volumen de la probeta y se mide el tiempo requerido con el cronometro. Efectuar dicha medición dos veces.



Cerrar todas las llaves del sistema y repetir todo el procedimiento un mínimo de cinco veces.

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VI. DATOS OBTENIDOS Y CÁLCULOS REALIZADOS. Datos tomados en el laboratorio: Tómanos los siguientes datos abriendo la llave de paso en 6 ángulos aproximados a cada 15°

menores e igual a 90°

GRADO: 15° vol.(m3) t(seg.) 0.001 233 0.001 228

GRADO: 30° vol.(m3) t(seg.) 0.001 222 0.001 233

GRADO: 45° vol.(m3) t(seg.) 0.001 105 0.001 97

GRADO: 60° vol.(m3) t(seg.) 0.001 58 0.001 82

GRADO: 75° vol.(m3) t(seg.) 0.001 37 0.001 35

GRADO: 90° vol.(m3) t(seg.) 0.001 8 0.001 9

Además:    

Viscosidad cinemática del agua a la T=16.9C° es 1.186*E-06 Viscosidad cinemática del agua a la T=17.1C° es 1.182*E-06 Viscosidad cinemática del agua a la T=17C° es 1.184*E-06 Diámetro del tubo medido = 1.483cm. FÓRMULA PARA EL CÁLCULO DE LA VELOCIDAD

FÓRMULA PARA EL CÁLCULO DEL NÚMERO DE REYNOLDS

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VII.


RESULTADOS: TABLAS Y FIGURAS

DETERMINACION DEL TIPO DE FLUJO : TABLA N° 01 vol.(m3) t(seg.) Q(m3/seg) Dtubo(m)

Atubo(m2)

vel.(m/s)

γ

Re

0.001

233

4.29E-06

0.0148

0.000172034

0.024947656

0.000001186

311.319825

0.001

228

4.39E-06

0.0148

0.000172034

0.025494754

0.000001186

318.147014

PROMEDIANDO EL NUMERO DE REYNOLDS

Re= 314.7334195 El flujo hallado para los valores de la tabla 01 es un FLUJO LAMINAR

TABLA N° 02 vol.(m3) t(seg.) Q(m3/seg) Dtubo(m)

Atubo(m2)

vel.(m/s)

γ

Re

0.001

222

4.5E-06

0.0148

0.000172034

0.026183801

0.000001186

326.745582

0.001

233

4.29E-06

0.0148

0.000172034

0.024947656

0.000001186

311.319825

PROMEDIANDO EL NUMERO DE REYNOLDS Re=319.0327035 El flujo hallado para los valores de la tabla 02 es un FLUJO LAMINAR


Atubo(m2)

vel.(m/s)

γ

Re

0.001

105

9.52E-06

0.0148

0.000172034

0.055360037

0.000001182

693.171362

0.001

97

1.03E-05

0.0148

0.000172034

0.059925813

0.000001182

750.340135


Re=721.7557485 El flujo hallado para los valores de la tabla 03 es un FLUJO LAMINAR

TABLA N° 04 UNASAM-FIC

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vol.(m3) t(seg.) Q(m3/seg) Dtubo(m)

Atubo(m2)

vel.(m/s)

γ

Re

0.001

58

1.72E-05

0.0148

0.000172034

0.100220757

0.000001186

1250.64688

0.001

82

1.22E-05

0.0148

0.000172034

0.070887853

0.000001186

884.603893


Re= 1067.625388 El flujo hallado para los valores de la tabla 04 es un FLUJO LAMINAR


Atubo(m2)

vel.(m/s)

γ

Re

0.001

37

2.7E-05

0.0148

0.000172034

0.157102808

0.000001184

1963.7851

0.001

35

2.86E-05

0.0148

0.000172034

0.166080112

0.000001184

2076.00139


Re= 2019.893249 El flujo hallado para los valores de la tabla 05 es un FLUJO LAMINAR .


Atubo(m2)

vel.(m/s)

γ

Re

0.001

8

0.000125

0.0148

0.000172034

0.726600488

0.000001184

9082.5061

0.001

9

0.000111

0.0148

0.000172034

0.645867101

0.000001184

8073.33876


Re= 8577.922429 El flujo hallado para los valores de la tabla 06 es un FLUJO TURBULENTO.

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CUESTIONARIO a) Encontrar el valor del número de Reynolds crítico, que proporciona el límite a partir del cual el flujo pasa de laminar a turbulento. CAUDAL Re 4.5045E-06

326.75

4.29185E-06

311.32

9.52381E-06

693.17

1.03093E-05

750.34

1.72414E-05

1250.6

1.21951E-05

884.6

2.7027E-05

1963.8

2.85714E-05

2076

0.000125

9082.5

0.000111111

8073.3

Iterando tenemos q el Rec ocurre cuando el caudal lleca a 3.165*E-5 el menor Rec= 2076 b) Utilizando el menor Reynolds obtenido para flujo laminar, determinar y graficar la distribución de velocidades en el tubo, usando la ecuación (3).

DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES EN EL TUBO Vr r

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4152

0

4003.389335

0.0014

3715.266618

0.0024

3275.500365

0.0034

2684.090577

0.0044

1941.037253

0.0054

1046.340394

0.0064

0

0.0074

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Grafica de la distribución de velocidades en el tubo para el Reynolds critico r

0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 r

0.003 0.002 0.001 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

c) Establecer la media, la desviación estándar y coeficiente de variación de todos los valores obtenidos para el numero de Reynolds crítico. = 2170.16049 = 2923.033155

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d) Con el Reynolds critico promedio determinar la longitud de estabilización teórica. a) Para flujo laminar L = 0.0288 D R =0.8849 L = 0.0300 D R=0.9217 b) Para flujo turbulento 40 D ˂ L ˂ 50 D 0.592˂

L

˂ 0.74

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VIII.


CONCLUSIONES. 

Las prácticas de laboratorio son esencialmente importantes por el motivo que nos lleva de la idealización o teoría a la realidad y simulación de la forma que va a trabajar nuestras estructuras, canales, diseños etc. En el futuro.



Con el experimento realizado ya podemos como alumnos detectar que tipo de flujo fluye por un canal o tubería y diferenciar un flujo laminar y turbulento.



Los resultados obtenidos coinciden con las observaciones realizadas durante la práctica, donde una delgada línea de disolución de Aseptil rojo en el tubo denotaba un flujo laminar, y a medida q se abría más la válvula al llegar a los 90° el colorante indicaban un régimen turbulento.



Los flujos que se observó en la Cuba de Reynolds fueron: el flujo laminar, el flujo en transición y flujo turbulento los cuales se vieron cuando abrimos la llave de salida aproximadamente en 15°,30°,45°,60°, 75° y a 90° respectivamente.



El número de Reynolds nos es muy útil al realzar cálculos en sistemas de tuberías de operaciones industriales para el estudio, diseño o predicción del comportamiento del flujo cuando las variables (V, D, ) cambian.

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IX.


OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES Observaciones 

En nuestras mediciones hemos tratado de ser muy exactos, pero no siempre la vista del hombre tiene la medición correcta, por los que en el tercer ensayo cometimos un error ya que lo observado fue un flujo turbulento y en la comprobación resulto ser un flujo laminar.

Recomendaciones

X.



Adquirir más equipos para trabajar mejor en un grupo menor de alumnos



Tener un mayor orden en el manejo del equipo y en la toma de las mediciones.

BIBLIOGRAFÍA. 

Manual de laboratorio de Montoro Vergara 2014)

Mecánica de fluidos (Marco silva lindo - Danilo

Libros: 

Mecánica de fluidos, Merle C. Potter, David C. Wiggert



Manual de la mesa hidrodinámica. Modelo HM 112 Marca Gunt



“Mecánica de fluidos I”. Pontificia Universidad Católica del

Perú.

Páginas Web: 

http://www.slideshare.net/ChicaAmbiental/practica-3-obtencion-del-numero-dereynolds-docx1



http://es.scribd.com/doc/42266424/Numero-de-Reynolds



http://www.buenastareas.com/ensayos/Practica-Numero-DeReynolds/23910684.html



http://es.scribd.com/doc/6268938/LabOratorio-de-Mecanica-de-Fluidos1Reynolds-y-Viscosidad-Lizita-Ex-1-y-2



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http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Reynold.htm

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Visualizacion de Regimenes de Flujo

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