Informe De Reynolds.docx 345r5t

I.

INTRODUCCIÓN:

El presente informe tiene como finalidad demostrar los conocimientos teóricos con la práctica, mediante un proceso de recolección de datos en laboratorio que posteriormente son tratados basándonos en los teoremas y utilizando los fundamentos teóricos pertinentes. El experimento de Reynolds consiste en determinar los factores que afectan el movimiento de un fluido y en qué forma lo afectan. El movimiento de un fluido puede ser sinuoso (turbulento) o directo (laminar) dependiendo de: La viscosidad, La velocidad y La longitud característica.

II.

OBJETIVOS:  Visualizar y distinguir los distintos tipos de flujos: laminar, transitorio y turbulento; en el famoso ensayo de Osborne Reynolds.

III.

MARCO TEORICO 1 EL NÚMERO 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. Se define el número de Reynolds, designado como Re, como:

ℜ=

V .D v

=

V .Dρ μ

Donde: v: la velocidad media del flujo ( caudal/área transversal del conducto ),

D

el diámetro y,

ν

la viscosidad cinemática del fluido.

…  El número de Reynolds es la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas de la corriente fluida. Esta relación es la que determina la inestabilidad del flujo que conduce a un régimen turbulento.  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:

ℜ<23 00 ,



Si



Entre

el flujo es laminar.

23 00< ℜ< 4000 , existe una zona de

transición de flujo laminar a turbulento. 

Si

ℜ> 4000

el flujo es turbulento.

 El experimento de Reynolds consiste en determinar los factores que afectan el movimiento de un fluido y en qué forma lo afectan. El movimiento de un fluido puede ser sinuoso (turbulento) o directo (laminar) dependiendo de: La viscosidad, La velocidad y La longitud característica.

2 TIPOS DE FLUJOS: INTRODUCCION: El tipo de flujo que se presenta en el desplazamiento de un fluido por un canal es muy importante en los problemas de dinámica de fluidos. Es por ello Cuando la velocidad de flujo es baja, su desplazamiento es uniforme. Sin embargo, cuando la velocidad es bastante alta, se observa una corriente inestable en la que se forma remolinos o pequeños paquetes de partículas de fluido que se mueven en todas las direcciones y con gran diversidad de ángulos con respecto a la dirección normal del flujo. El primer tipo de flujo a velocidades bajas donde las capas de fluidos parecen desplazarse una sobre otras sin remolinos o turbulencias, se llama “FLUJO LAMINAR” y obedece a la ley de la viscosidad de Newton. El segundo tipo de flujo a velocidades más altas, donde se forman remolinos que impacten al flujo una naturaleza fluctuante, se llama “FLUJO TURBULENTO”.

a FLUJO LAMINAR: La ecuación que gobierna el flujo laminar es la de Poiseuille:

hf =

32 μVL 2 gρ D

Donde µ = viscosidad dinámica del fluido L = distancia entre piezómetros

v = velocidad media del fluido ρ = densidad del fluido g = aceleración de la gravedad D = diámetro interno del conducto b ZONA-TRANSICIÓN: Esta zona se establece por lo general cuando el numero de Reynolds está entre 2300 y 4000. c

FLUJO TURBULENTO: La ecuación que gobierna este flujo es la de Darcy Weisbach:

h f =f Donde:

LV2 Dx 2 g f

es el coeficiente de fricción de Darcy.



El flujo turbulento ocurre cuando el número de Reynolds es mayor que 4000.



La relación entre

f

f

y Re se puede definir como:

= 64/Re

λ=0.316*(Re^-0.25) Ec de Blasius)

(

Para flujo laminar Para flujo turbulento

3 DIFERENCIAS ENTRE FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO FLUJO LAMINAR

FLUJO TURBULENTO

 El movimiento es ordenado y en conjunto es realmente estacionario.

 Su movimiento no es ordenado.

 Las fuerzas viscosas de origen molecular son predominantes

 Las fuerzas viscosas son relativamente importantes.

 Las fuerzas de inercia son irrelevantes.

 Las fuerzas de inercia son dominantes.

4 OTROS FLUJOS: a FLUJO ESTACIONARIO Y NO ESTACIONARIO:

•

Se da este tipo de flujo cuando las variables que lo caracterizan son constantes en el tiempo. Estas variables ya no dependerán del tiempo, como por ejemplo la velocidad la cual puede tener un determinado valor constante, en el punto, pero pudiera cambiar su valor en otro punto. Así se cumple que:

•

Un flujo es no estacionario si las variables físicas que lo caracterizan dependen del tiempo en todos los puntos del fluido, entonces:

•

Como en un flujo estacionario la velocidad en un punto es constante en el tiempo, todas las partículas del fluido que llegan a un determinado punto seguirán moviéndose a lo largo de la línea de corriente que pasa por ese punto. Por tanto, en este tipo de flujo la trayectoria de las partículas es la propia línea de corriente y no puede haber dos líneas de corriente que pasen por el mismo punto, es decir, las líneas de corriente no se pueden cruzar. En un flujo estacionario el patrón de las líneas de corriente es constante en el tiempo.

•

Si el flujo no es estacionario, las líneas de corriente pueden cambiar de dirección de un instante a otro, por lo que una partícula puede seguir una línea de corriente en un instante y al siguiente seguir otra línea de corriente distinta.

∂ V´ =0 ∂T

∂ V´ ≠0 ∂T

b FLUJO UNIFORME: • Tenemos este tipo de flujo cuando la variable física es igual en todos los puntos del flujo. Por ejemplo, en un flujo uniforme la velocidad de todas las partículas es la misma en cualquier instante de tiempo, por tanto, la velocidad no va a depender de la posición de la partícula de fluido, aunque puede variar en el tiempo:

∂ V´ ∂ V´ ∂ V´ =0; =0 ; =0 ∂x ∂y ∂z

•

c

Cuando las variables físicas varían de punto a punto, se dice que el flujo es no uniforme.

FLUJO UNIDIMENSIONAL: • Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento. Dichos flujos se dan en tuberías largas y rectas o entre placas paralelas.

d FLUJO BIDIMENSIONAL: • Es un flujo en el que el vector velocidad sólo depende de dos variables espaciales. • En este tipo de flujo se supone que todas las partículas fluyen sobre planos paralelos a lo largo de trayectorias que resultan idénticas si se comparan los planos entre sí, no existiendo, por tanto, cambio alguno en dirección perpendicular a los planos.

e FLUJO IDEAL: • Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. La hipótesis de un flujo ideal es de gran utilidad al analizar problemas que tengan grandes gastos de fluido, como en el movimiento de un aeroplano o de un submarino. Un fluido que no presente fricción resulta no viscoso y los procesos en que se tenga en cuenta su escurrimiento son reversibles

Experimento De Osborne Reynolds

IV.

DESARROLLO DEL ENSAYO. MATERIALES Y EQUIPO  Aparato de demostración del

experimento de OBSBORNER REYNOLDS y probeta para medir volumen de agua.

.



Termómetro y cronometro



Violeta de genciana o Tinta.

V.     

PROCEDIMIENTO Revisión de todas las llaves y válvulas comprobando que están cerradas. Apertura de la válvula de control de ingreso del agua de la línea, regulando de tal forma que se presente un rebose de agua mínimo. Se procede a abrir ligeramente la válvula de control de salida del agua, girando la manija. Apertura de 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. Se toma tres medidas de tiempo y volumen para un caudal determinado. Se toma varios de esos procesos con diferentes tipos de caudal, hasta tener la variación de flujo (la minar-transicionalturbulento). Cabe mencionar que debe medirse la temperatura al iniciar y finalizar el ensayo.

DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LABORATORIO Temperatura inicial: 25°C Temperatura final: 26°C Temperatura promedio: 25.5°C −3

μ : 0.8928 x 10

Diámetro de tubo de Reynolds: 10mm La ecuación de Reynolds en función del caudal:

N °

VOLUMEN −6

3

( 10 m

)

TIEMPO(SE G)

CAUDAL (

10−6 m3 /S EG)

ℜ=

4 Qρ πDμ

CAUDAL PROMEDIO REYNOLD S (RE) −6 3 10 m ( /SEG)

TIPO DE FLUJO

1

27

14.56

1.8543

2

34

18,87

1.8018

3

38

21.57

1.7617

1.8059

257.5429

laminar

REYNOLD S (RE)

TIPO DE FLUJO

CAUDAL P N °

VOLUMEN −6

3

( 10 m

)

TIEMPO(SE G)

CAUDAL ( 3

−6

10 m

/S

EG)

ROMEDIO 3

−6

( 10 m

/SEG) 1

19.5

5.27

3.7001

2

30

10.37

2.8929

3

42

12.40

3.3870

3.3267

474.4271

LAMINA R

CAUDAL VOLUMEN N TIEMPO(SE ° ( 10−6 m3 ) G)

CAUDAL ( −6

3

10 m

/SE

G)

PROMEDIO −6

REYNOLDS (RE)

3

( 10 m

TIPO DE FLUJO

/SEG) 1

18

4.01

4.4888

2

34

7.29

4.6639

3

53

12.74

4.1601

4.4376

632.8548

LAMINA R

CAUDAL VOLUMEN N TIEMPO(SE ° ( 10−6 m3 ) G)

CAUDAL ( −6

3

10 m

/SE

G)

PROMEDIO −6

REYNOLDS (RE)

3

( 10 m

TIPO DE FLUJO

/SEG) 1

22

4.05

5.4321

2

41

7.90

5.1899

3

55

10.63

5.1740

TIEMPO(SE G)

CAUDAL (

N VOLUMEN °

5.2653

750.8947

LAMINA R

CAUDAL

REYNOLDS (RE)

TIPO DE

−6

3

( 10 m

10−6 m3 /SE

)

G)

PROMEDIO −6

3

FLUJO

( 10 m

/SEG)

1

22

3.76

5.8510

2

35

6.23

5.6180

3

50

8.96

5.5803

5.6831

810.4780

LAMINA R

CAUDAL VOLUMEN N TIEMPO(SE ° ( 10−6 m3 ) G)

CAUDAL ( −6

3

10 m

/SE

G)

PROMEDIO −6

REYNOLDS (RE)

3

( 10 m

TIPO DE FLUJO

/SEG) 1

22

3.32

6.6265

2

37

5.85

6.3248

3

67

10.63

6.3029

6.4180

915.2835

LAMINA R

CAUDAL VOLUMEN N TIEMPO(SE ° ( 10−6 m3 ) G)

CAUDAL ( −6

3

10 m

/SE

G)

PROMEDIO −6

REYNOLDS (RE)

3

( 10 m

TIPO DE FLUJO

/SEG) 1

31

3.59

8.6351

2

56

6.05

9.2562

3

82

9.14

8.9715

8.9542

1276.9760

LAMINA R

CAUDAL VOLUMEN N TIEMPO(SE −6 3 ° ( 10 m ) G)

CAUDAL ( −6

3

10 m

/SE

G)

PROMEDIO −6

REYNOLDS (RE)

TIPO DE FLUJO

1512.8704

LAMINA R

3

( 10 m

/SEG) 1

28

2.50

11.2000

2

59

5.51

10.7078

3

84

8.47

9.9173

10.6083

CAUDAL VOLUMEN N TIEMPO(SE −6 3 ° ( 10 m ) G)

CAUDAL ( −6

3

10 m

/SE

G)

PROMEDIO

REYNOLDS (RE)

3

−6

( 10 m

TIPO DE FLUJO

/SEG) 1

59

4.74

12.4472

2

75

6.32

11.8671

3

96

8.20

11.7073

12.0072

CAUDAL VOLUMEN

N TIEMPO(SE ° ( 10−6 m3 ) G)

CAUDAL (

10−6 m3 /SE G)

PROMEDIO −6

3

( 10 m

1712.3702

LAMINA R

REYNO LDS (RE)

TIPO DE FLUJO

2364.42 06

TRANSICIO NAL

/SEG) 1

37

2.2

16.8182

2

55

3.41

16.1290

3

90

5.36

16.7910

16.5794