Experiencia de Reynolds

0 MECANICA DE FLUIDOS EXPERIENCIA DE REYNOLDS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL - UNPRG

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

DOCENTE:

Ing. Zelada Zamora Wilmer

EXPERIENCIA DE REYNOLDS

INTEGRANTES:

Correa Barrios Angel Omar 105543-E Hernandez Vasquez Christian 101891-I

Lambayeque, Junio del 2015



CONTENIDO

I. Introduccin

II. Objetivos

III. Marco Terico

IV. Equipos y Materiales utilizados

1. Banco Hidrulico FME00.

2. Probeta.

3. Cronmetro

4. Termmetro

5. Agua

6. Permanganato de Sodio

V. Procedimiento de toma de datos.

VI. Clculos y resultados.

VII. Conclusiones



I. INTRODUCCIN En la actualidad el rea de la Mecnica de Fluidos II requiere de mucha

importancia los conocimientos obtenidos por este clebre personaje Reynolds, ya que es de utilidad para el diseo de tuberas, teniendo como base sus postulados respecto al flujo de los distintos fluidos que son utilizados en el campo de la ingeniera.

Reynolds en 1883 presentaba el siguiente dilema, en sus extensos trabajos:

"Aunque las ecuaciones de la hidrodinmica sean aplicables al movimiento laminar, o sea sin remolinos, mostrando que entonces la resistencia es proporcional a la velocidad, no haban arrojado hasta ese entonces ninguna luz sobre las circunstancias de las cuales dicho movimiento depende.

En el laboratorio trabajaremos un conjunto de pruebas con equipos semejantes a

los que Reynolds utiliz, aqu podemos observar los diferentes tipos de flujos que varas dependiendo de la cantidad de agua que circula por el volumen de control, debido a estas mediciones nosotros calcularemos el nmero de Reynolds (Re).

Los fluidos lquidos cuando son transportados desde un lugar hacia otro haciendo

el uso de conductos de seccin transversal cualquiera, sea el flujo de rgimen forzado o debido a la pendiente que tenga el conducto, tiende a tener una prdida de carga del cual es responsable diversos factores tanto internos como externos al fluido.

La importancia del estudio en laboratorio de la mecnica de fluidos radica, en el

desarrollo de estos ensayos que dependen de la investigacin de las diversas propiedades fsicas de los fluidos.

II. OBJETIVOS La identificacin de los regmenes de los fluidos, haciendo uso de la observacin,

ya que el uso del Permanganato de Sodio es de gran ayuda. Tomar en cuenta la importancia del nmero de Reynolds, que nos permite tener

conocimiento del tipo de comportamiento de flujos en tuberas. El clculo y la comprobacin de las mediciones obtenidas en el laboratorio, y

plasmarlas en una grfica. La utilizacin de los equipos presentes para la elaboracin de este ensayo.



Calculo del factor de friccin (f). Obtener la perdida de carga por rozamiento con la velocidad media de la corriente

a lo largo de una tubera cilndrica, para un flujo turbulento y laminar. Adquirir conocimientos prcticos acerca de las prdidas de carga por friccin en

tubera. Determinar la variacin del factor de friccin (f) con respecto al nmero de

Reynolds. Poder relacionar lo hecho en prctica con su aplicacin en la realidad, y la solucin

de posibles problemas que se presenten posteriormente.

III. MARCO TEORICO EXPERIENCIA DE REYNOLDS

Este experimento consiste en determinar el rgimen de escurrimiento (laminar, turbulento o en transicin) en un conducto de seccin circular, en funcin del valor del nmero de Reynolds del flujo. El conducto es de paredes transparentes y permite la inyeccin de un trazador para analizar la estabilidad de las lneas de flujo. El aparato permite regular la velocidad de la corriente en el conducto de modo de generar flujos en los tres regmenes antes indicados. Este aparato permite medir la velocidad del flujo en cada experiencia y la determinacin del nmero de Reynolds correspondiente. ENSAYO DE DEMOSTRACION DE REYNOLDS El equipo se ha diseado para efectuar ensayos de Reynolds y visualizarlos. Permite representar la inundacin laminar y turbulenta. La inundacin se puede ver gracias a un trazado en tinta en un fragmento de tubo transparente.



El equipo se compone bsicamente de: a) Placa base [1] con las conexiones necesarias para alimentacin de agua [11] y conexin de desage [10]. b) Depsito de reserva de agua [2] con un terrapln de bola para calmar el flujo [9]. c) Tramo de rebosadero [3] para generar un nivel de presin constante en el depsito de reserva. d) Depsito de aluminio [4] para tinta (Permanganato de Sodio) con grifo de dosificacin [5] y saliente de entrada de latn [6]. e) Tramo de tubo de ensayo [8] de plexigls con pieza de entrada optimizada para inundaciones f) [7]. g) Grifo de salida [12] para ajustar el caudal en el tramo de tubo de ensayo.

NMERO DE REYNOLDS El nmero de Reynolds es un parmetro adimensional a travs del cual se determina la relacin que existe entre las fuerzas de inercia y la viscosidad del fluido (fuerzas viscosas). El nmero de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y la longitud caracterstica del sistema (dimetro de la tubera) de un flujo en una expresin adimensional. Para un fluido que circula por el interior de una tubera circular recta, el nmero de Reynolds viene dado por: La expresin matemtica del nmero de Reynolds es la siguiente:

=

=



Dnde: Re: Nmero de Reynolds : Densidad del Fluido V: Velocidad del fluido D: Dimetro de la tubera : Viscosidad dinmica : Viscosidad cinemtica Cuando los valores del nmero de Reynolds son bajos, las velocidades reducidas, las secciones tienen un escaso dimetro, y los fluidos son viscosos, el flujo suele ser de rgimen laminar, es decir, los filetes o lminas en los que se integran las partculas de los fluidos se mueven de un modo ordenado y por lo tanto previsible, puesto que las lneas de corriente son curvas fijas en el espacio que no se entrecruzan a lo largo del desplazamiento. Las lminas se deslizan unas sobre otras sin que las partculas de una lmina se introduzcan dentro de otra lmina. El fluido tiene un rgimen turbulento, cuando el nmero de Reynolds es alto, ya que la tendencia al movimiento catico se incrementa ostensiblemente, las fuerzas de la viscosidad pierden la capacidad para orientar el movimiento de las partculas y estas describen trayectoria errticas que en trminos generales mantienen rumbos predecibles ya que las partculas no dejan de encontrarse encerradas dentro de una tubera, donde el fluido se desplaza en un determinado sentido. El trnsito del rgimen laminar al turbulento o del rgimen turbulento al laminar, se hace a travs del rgimen crtico, que es un estado intermedio del movimiento de las partculas dentro de una tubera, asociado a un valor tambin intermedio del nmero de Reynolds (valores de Re comprendidos entre el 2.000 y el 4.000). (Los estudios sobre el rgimen del movimiento de los fluidos fueron realizados por Obsborne Reynolds en 1883). Nmero de Reynolds y el Carcter del Flujo En las distintas fases del ensayo, se observan estos tres tipos de flujos: EL flujo es LAMINAR, cuando el Nmero de Reynolds es menor de 2300

(izquierda). EL flujo es TRANSICIONAL, cuando el Nmero de Reynolds vara de 2300 a 4000

(centro). EL flujo es TURBULENTO, cuando el Nmero de Reynolds es mayor de 4000

(derecha).



CAUDAL

Es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo. Se denomina tambin caudal volumtrico o ndice de flujo fluido, y que puede ser expresado en masa o en volumen. El clculo del caudal de agua viene expresado por la ecuacin de continuidad:

=

=

Dnde:

: Caudal : Volumen : tiempo : velocidad media del fluido : rea de la seccin transversal de la tubera

Velocidad Media: Representa el promedio de la velocidad de todas las partculas de fluido que se mueven a travs de una seccin de rea.



IV. EQUIPOS Y MATERIALES

1. FME-06 El mdulo consiste en un depsito cilndrico dotado de una tobera acoplada a un tubo de metacrilato, que permite la visualizacin del fluido. Un rebosadero garantiza la homogeneidad del caudal y una aguja acoplada a un depsito suministra el colorante. El agua se suministra desde el Banco Hidrulico. La visualizacin del rgimen laminar o turbulento se puede realizar actuando sobre la vlvula de control de flujo. ESPECIFICACIONES:

Dimetro interior del tubo: 10mm. Dimetro exterior del tubo: 13 mm. Longitud de la tubera: 700 mm. Capacidad del depsito de colorante: 0,3 lt. Capacidad del depsito: 10 litros. La inyeccin de colorante se regula con una vlvula de aguja.

2. Banco Hidrulico FME: Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teora hidrulica y las propiedades de la mecnica de fluidos .Compuesto por un banco hidrulico mvil que se utiliza para acomodar una amplia variedad de mdulos, que permiten al estudiante experimentar los problemas que plantea la mecnica de fluidos. Tiene un depsito escalonado (volumtrico) para medir caudales altos y bajos.



Especificaciones Banco hidrulico mvil, construido en polister reforzado con fibra de vidrio Bomba centrfuga: 0,37 KW, 30- 80 litros/min, a 20,1- 12,8m, monofsica 220V./50Hz 110V./60Hz. Rodete de acero inoxidable. Capacidad del depsito sumidero: 165 litros. Canal pequeo: 8 litros Medida de caudal: depsito volumtrico calibrado de 0-7 litros para caudales bajos

y de 0-40 litros para caudales altos. Vlvula de control para regular el caudal. Canal abierto, cuya parte superior tiene un pequeo escaln y cuya finalidad es la

de soportar, durante los ensayos, los diferentes mdulos. Vlvula de cierre, en la base de tanque volumtrico, para el vaciado de ste.

3. Probeta

Es un instrumento volumtrico, hecho de vidrio, que permite medir volmenes y sirve para contener lquidos. Est formado por un tubo generalmente transparente de unos centmetros de dimetro y tiene una graduacin desde 0 ml hasta el mximo de la probeta, indicando distintos volmenes. En la parte inferior est cerrado y posee una base que sirve de apoyo, mientras que la superior est abierta (permite introducir el lquido a medir) y suele tener un pico (permite verter el lquido medido). Puede estar constituido de vidrio (lo ms comn), o de plstico La Probeta es un instrumento de laboratorio que se utiliza para contener o medir volmenes de lquidos de una forma aproximada.



Las probetas suelen ser graduadas, es decir, llevan grabada una escala (por la parte exterior) que permite medir un determinado volumen.

4. Cronmetro Reloj muy preciso que puede ser activado y desactivado a voluntad por medio de dos botones. El funcionamiento usual de un cronmetro, consiste en empezar a contar desde cero al pulsarse el mismo botn que lo detiene. Adems habitualmente puedan medirse varios tiempos con el mismo comienzo y distinto final.

5. Termmetro El termmetro es un instrumento de medicin de temperatura. Desde su invencin ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termmetros electrnicos digitales.

6. Agua



7. Permanganato de Sodio El permanganato de sodio es un compuesto inorgnico de frmula NaMnO4. Tiene propiedades similares a del agua y es soluble en agua.

V. PROCEDIMIENTO

1. Se procede a la realizacin del montaje del equipo sobre el Banco Hidrulico.

2. Se coloca en la parte superior del equipo, el depsito que va a contener el Permanganato de Sodio, siendo ste suministrado por una vlvula de aguja.



3. Se deja fluir el Permanganato de Sodio, y de la misma manera se abre la vlvula que regula el flujo de agua.

4. Con respecto al paso anterior, se observa las distintas formas del flujo del Permanganato de Sodio, cada una de las formas teniendo su respectivo caudal

5. Se realiza la medicin del caudal, midiendo en volumen en la probeta y tomando el tiempo respectivo para cada proceso a realizarse.

6. Se procede a tomar la temperatura del agua en la probeta.



7. Realizamos 8 ensayos diferentes aumentando el flujo del agua y obtenemos el nmero de Reynolds y podremos saber si el flujo es laminar, transicional o turbulento.

VI. CALCULOS Y RESULTADOS DATOS OBTENIDOS DEL LABORATORIO

VOLUMEN (ML

o CM3) TIEMPO (seg.) CAUDAL (CM3/S) VISUALIZACION

1 33 22.849 1.44426452

LAMINAR 1 33 22.387 1.47406977

1 33 23.97 1.3767209

2 53.5 19.429 2.75361573

2 60.5 23.759 2.54640347 LAMINAR

2 75.5 28.06 2.69066287

3 82 21.553 3.80457477

3 64 16.859 3.79619194 LAMINAR

3 48 12.781 3.75557468

4 72 13.484 5.33966182

TRANSICIONAL 4 86 16.227 5.29980896

4 59 11.388 5.18089217

5 76 9.006 8.43881857

TRANSICIONAL 5 56 6.673 8.39202757

5 73 8.869 8.23091668



6 73 6.226 11.7250241

TRANSICIONAL 6 68 5.799 11.7261597

6 87 7.84 11.0969388

7 190 10.056 18.8941925

TURBULENTO 7 220 11.462 19.193858

7 235 12.531 18.7534913

8 292 9.609 30.3881778

TURBULENTO 8 355 11.768 30.1665534

8 393 13.17 29.8405467

9 390 7.514 51.9031142

TURBULENTO 9 645 12.332 52.3029517

9 520 10.34 50.2901354

Adems los datos a partir de la temperatura son:

VISCOSIDADES CINEMTICAS DEL AGUA EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA

Temperatura (C) 5 10 15 20 23 30

Viscosidad (10^-6 m2/s) 1.52 1.308 1.142 1.007 0.9461 0.804

T 23C

(cm2/S) 0.009461

D (cm) 1

CAUDALES PROMEDIO DE CADA SITUACION OBSERVADA EN LABORATORIO

CAUDAL PROMEDIO (CM3/S)

1 1.431685064

2 2.663560688

3 3.785447132

4 5.273454316

5 8.353920938

6 11.51604085

7 18.94718061

8 30.13175927

9 51.49873375



TABULACION DE DATOS

CAUDAL PROMEDIO

(CM3/S)

AREA (CM2)

VELOCIDAD PROMEDIO

(CM/S)

T (C)

VISCOCIDAD CINEMATICA

(CM2/S)

REYNOLDS TIPO DE FLUJO

1 1.431685064 0.7854 1.822873777 23 0.009461 192.6724212 LAMINAR

2 2.663560688 0.7854 3.391342867 23 0.009461 358.4550118 LAMINAR

3 3.785447132 0.7854 4.819769712 23 0.009461 509.4355472 LAMINAR

4 5.273454316 0.7854 6.714354872 23 0.009461 709.6876516 LAMINAR

5 8.353920938 0.7854 10.63651762 23 0.009461 1124.248771 LAMINAR

6 11.51604085 0.7854 14.66264432 23 0.009461 1549.798575 LAMINAR

7 18.94718061 0.7854 24.1242432 23 0.009461 2549.861875 TRANSICIONAL

8 30.13175927 0.7854 38.36485774 23 0.009461 4055.053138 TURBULENTO

9 51.49873375 0.7854 65.57007098 23 0.009461 6930.564526 TURBULENTO

GRAFICO DE VELOCIDAD VS N DE REYNOLDS

SIENDO:

FLUJO LAMINAR PARA REYNOLDS4000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 10 20 30 40 50 60 70

Nu

me

ro d

e R

eyn

old

s

VELOCIDAD (cm/s)

VELOCIDAD VS N DE REYNOLDS



VII. CONCLUSIONES

Segn la grfica obtenida se concluye que a mayor velocidad tenga el fluido mayor

ser el nmero de Reynolds, dicho de otra manera es directamente proporcional a la velocidad, dado como resultado que a ms velocidad el flujo tender a ser turbulento.

Es fundamental tener en cuenta la temperatura en el ambiente que fue realizado

el experimento ya que de esto depender directamente la viscosidad as como tambin la densidad, factores que son necesarios precisarlos para un correcto clculo del nmero de Reynolds.

Tambin es necesario que al aumentar el caudal se tomen ms datos del mismo

caso para obtener un promedio que sea ms aproximado al valor real del mismo. Los resultados es posible que por el desgaste de los equipos usados en el

laboratorio, el tipo de flujo visualizado haya sido distinto del obtenido realmente mediante las ecuaciones, ya que solo coincidieron los casos: 1, 2, 3, 8 y 9.

En el laboratorio pudimos observar y constatar la parte terica en la prctica,

observamos el comportamiento y caractersticas del flujo laminar y el turbulento.

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