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Universidad de la Frontera-Facultad de Ingeniería, Ciencias y Administración-Departamento Ingeniería en Obras Civiles

MECANICA DE FLUIDOS

INFORME DE LABORATORIO

VISCOSIMETRO DE TUBOS CONCENTRICO DE NEWTON

Ingeniería en Construcción Página 1 de 16 1° semestre 2013


MECANICA DE FLUIDOS

Contenido

INTRODUCCION...............................................................................................................3

OBJETIVO........................................................................................................................3

OBJETIVOS ESPECIFICOS..................................................................................................3

MARCO TEORICO.............................................................................................................3

ENSAYO CON VISCOSÍMETRO DE TUBOS CONCÉNTRICO DE NEWTON......................................3

METODOLOGÍA...............................................................................................................3

DISCUSION DE RESULTADOS............................................................................................3

MATERIALES...........................................................................................................................3

CÁLCULOS...............................................................................................................................3

CONCLUSIONES...............................................................................................................3

BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................3

ANEXO FOTOGRAFICO.....................................................................................................3



MECANICA DE FLUIDOS

INTRODUCCION

En el presente informe estudiaremos, analizaremos y calcularemos el número de Reynolds, el cual podrá ser calculado a través del ensayo realizado en clases de laboratorio.



MECANICA DE FLUIDOS

OBJETIVO

El objetivo de este laboratorio es calcular el Numero de Reynolds.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Conocer y Aprender el funcionamiento del Aparato de Osborne Reynolds

- Realizar y desarrollar las distintas etapas del ensayo.

- Realizar los cálculos necesarios para obtener el número de Reynolds.

- Analizar los resultados y verificar que se cumpla el tipo de estado del fluido en la tubería observado y realizado en laboratorio.



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MARCO TEORICO

El número de Reynolds (Re) es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar los distintos movimientos de un fluido. Este número recibe su nombre en honor de Osborne Reynolds (1842-1912), quien lo describió en 1883.

El número de Reynolds 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, transición o turbulento, según el número de Reynolds desde uno muy pequeño a uno muy 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



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Re y el carácter del flujo

Además el número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento, de transición o laminar en ciertos casos.

Si el número de Reynolds es menor de 2000 el flujo será laminar y si es mayor de 3000 el flujo será turbulento. El mecanismo y muchas de las razones por las cuales un flujo es laminar o turbulento es todavía hoy objeto de especulación.

Según otros autores:

Para valores de Re ≤ 2000 el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas, que interactúan sólo en función de los esfuerzos tangenciales existentes. Por eso a este flujo se le llama flujo laminar. El colorante introducido en el flujo se mueve siguiendo una delgada línea paralela a las paredes del tubo.

Para valores de 2000 ≤ Re ≤ 4000 la linea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina de transición.

Para valores de Re ≥ 4000, después de un pequeño tramo inicial con oscilaciones variables, el colorante tiende a difundirse en todo el flujo. Este régimen es llamado turbulento, es decir caracterizado por un movimiento desordenado, no estacionario y tridimensional.

DISTINTOS TIPOS DE FLUJOS



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ENSAYO CON VISCOSÍMETRO DE TUBOS CONCÉNTRICO DE NEWTON

Un viscosímetro de cilindros concéntricos es un instrumento que es accionado por una masa M que cae y que está conectada mediante una cuerda y una polea al cilindro interior como se observa en la figura. El líquido o fluido que se va a ensayar llena el espacio de ancho a y altura H que se muestra en la imagen. Después de una etapa transitoria inicial, se suelta la masa y la polea gira a una velocidad V.



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METODOLOGÍA

Antes de realizar el ensayo se deberá realizar la medición de los siguientes elementos con el pie de metro:

- Diámetro de cilindro fijo- Diámetro del cilindro móvil- Diámetro de la polea- Además de la altura del cilindro

Además se debe tomar la masa del objeto o peso que tirara la cuerda que hara que gire la polea.

Luego se arma el equipo, colocando el cilindro móvil dentro del cilindro fijo, que contiene en el interior el fluido.

A continuación se deberá comenzar a calcular los datos necesarios para lograr el cálculo de la viscosidad absoluta, estos son:

- espesor- fuerza- área

Para calcular la velocidad se necesita medir la distancia que recorre la masa en un tiempo determinado, para esto se realizan un determinado número de muestras o repeticiones, de las cuales se obtendrá una velocidad de la polea promedio, la cual sirve para calcular la velocidad del cilindro.

Con todos los datos ya obtenidos, se calcula la viscosidad absoluta del fluido presente en el Viscosímetro de Tubos Concéntricos de Newton.



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DISCUSION DE RESULTADOS

MATERIALES

- Viscosímetro de Newton- Pie de Metro- Cinta de Medir- Cronómetro

CÁLCULOS

Calculo de la Viscosidad absoluta de un fluido

μ= F x eA x v

Datos:

Dp=31,95 [mm ]=0,03195 [m ]

Dc=50,54 [mm ]=0,05054 [m ]

Df=60,00 [mm ]=0,06000 [m ]

m=20 [ gr ]=0,020 [kg ]

h=62 [mm ]=0,06200 [m ]

Calculamos el espesor (y) de la capa de fluido:

y=Df−Dc2

y=0,060 [m ] x 0,05054 [m ]

2

y=0,00473 [m ]



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Calculamos la Fuerza (F):

F=mx g

F=20 [gr ] x 9,8[ms2 ]F=0,020 [kg ] x 9,8[ms2 ]F=0,196 [ kg ms2 ]F=0,196 [N ]

Calculo del Área (A):

A=H x 2π x Rc

A=0,062 [m ] x2π x 0,02527 [m ]

A=0,00984 [m2 ]

Calculo de la velocidad (v):

NUMERO MUESTRA

DISTANCIA (cm)TIEMPO

(s)VELOCIDAD

(m/s)LECTURA

INICIAL (cm)

LECTURA FINAL (cm)

DISTANCIA TOTAL

(cm)

DISTANCIA TOTAL (m)

1 72,6 50,8 21,8 0,218 1,93 0,1130

2 72,7 56,7 16 0,16 1,47 0,1088

3 56,7 36,9 19,8 0,198 1,67 0,1186

4 36,9 22,6 14,3 0,143 1,18 0,1212

5 22,6 8,3 14,3 0,143 1,26 0,1135

6 71,9 52,9 19 0,19 1,5 0,1267

7 52,9 36,1 16,8 0,168 1,25 0,1344

PROMEDIO 0,1194



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VcRc

=VpRp

Vc=VpRpx Rc

Vc=0,1194 [ms ]0,01598 [m ]

x 0,02527 [m ]

Vc=0,1888[ms ]

Calculo de viscosidad absoluta (µ)

μ= F x eA x v

μ=0,196 [N ] x0,00473 [m ]

0,00984 [m2 ] x0,1888 [ms ]μ=0,499[ Nsm2 ]

1[ Nsm2 ]=1 [Pa s ]

μ=0,499[ Nsm2 ]=0,499 [Pa s ]

μ=0,499 [Pa s ] x 1 [ poise ]0,1 [Pa s ]



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μ=4,99 [ poise ]

μ=4,99 [ poise ] x 100 [centipoise ]1 [ poise ]

μ=499 [centipoise ]

μ=1 [centipoise ]=1 [centistokes ] x densidad

499 [centipoise ]=[centistokes ] x0,875 kgm3

[centistokes ]=499 [centipoise ]

0,875kg

m3

μ=570,29 [centistokes ]

Los cálculos realizados nos dieron como resultado que la Viscosidad absoluta del fluido es de 570,29 centistokes.



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CONCLUSIONES

Una vez obtenidos y analizados los resultados es posible decir que estos son satisfactorios, ya que en todos los casos, el régimen de flujo obtenido experimentalmente, coincide con el esperado.

Incluso en un par de ocasiones fue posible obtener

valores cercanos a la frontera. Cabe recordar que durante la experimentaci_on se



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j_o un ujo al azar, que deb__a estar dentro del r_egimen deseado.

Los resultados obtenidos coinciden a la perfecci_on con las observaciones rea-

lizadas durante la pr_actica, donde una delgada l__nea de violeta de genciana en

el tubo denotaba un ujo laminar, mientras que v_ortices de violeta de genciana

indicaban un r_egimen turbulento.

Como era de esperarse, al aumentar la velocidad de ujo se pasa de un

r_egimen laminar a uno turbulento, y com consecuencia aumenta el n_umero de

Reynolds y se observa la formaci_on de v_ortices.

Si bien la operaci_on unitaria estudiada no es particularmente atractiva, la

comprensi_on de los efectos de ujo en el r_egimen de ujo es sumamente impor-

tante. El n_umero de Reynolds es quiz_a el n_umero adimensional m_as utilizado

en c_alculos de ingeier__a y su comprensi_on adecuada resulta fundamental.

Los objetivos fueron satisfechos, pues no s_olo se obtuvieron resultados ade-

cuados, sino que se comprendi_o adecuadamente la relaci_on de la velocidad con

el r_egimen de ujo y los efectos en el n_umero de Reynolds.



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BIBLIOGRAFÍA

- Apuntes de clases- Presentaciones de profesor- http://fjartnmusic.com/Personal/6o_Semestre_files/Re.pdf - http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynolds


http://fjartnmusic.com/Personal/6o_Semestre_files/Re.pdf


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ANEXO FOTOGRAFICO

Viscosímetro de tubos concéntrico de Newton, huincha de medir, pie de metro

Cilindro fijo, cilindro móvil, polea

Calculo de velocidad


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