Determinacin del nmero de Reynolds

Benemrita Universidad de GuadalajaraCentro universitario de la CinegaDivisin de BiodesarrolloLaboratorio de Mecnica de Fluidos

Determinacin del nmero de ReynoldsPractica No.2

INGENIERIA QUIMICAEstrada Aguilar Karen GuadalupeProf. Torres Bojorgues ngeles Xitlali14 De Septiembre del 2015

ndice.Introduccin a la prctica..3

Marco Terico.3

Objetivo6

Materiales y mtodos....7

Resultados..8

Discusiones....10

Conclusiones..10

Referencias.....11

Introduccin a la prctica

El presente informe tiene como finalidad demostrar los conocimientos tericos con la prctica, mediante el proceso de recoleccin de datos que se realiz basndonos en los teoremas y utilizando los fundamentos tericos pertinentes. Este informe en general relaciono la velocidad y las propiedades fsicas de un fluido. El experimento consisti 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. De modo que los resultados obtenidos se mostraron en una tabla

Marco TericoNumero de ReynoldsReynolds demostr por primera vez las caractersticas de los dos rgimen de flujo de un fluido real, laminar-turbulento, por medio de un sencillo aparato.Reynolds descubri que para velocidades bajas en el tubo de vidrio, un filamento de tinta proveniente de D, no se difunde, sino que se mantiene sin variar a lo largo del tubo, formando una lnea recta paralela a las paredes. Al aumentar la velocidad el filamento ondula se rompe hasta que se difunde o mezcla con el agua del tubo.Reynolds dedujo que para velocidades bajas las partculas de fluidos se movan en capas paralelas, deslizndose a lo largo de lminas adyacentes sin mezclarse. Este rgimen lo denomino flujo laminar. Y el rgimen cuando hay mezcla lo nombro flujo turbulento.Reynolds pudo generalizar sus conclusiones acerca de los experimentos al introducir un trmino adimensional, que posteriormente tomo su nombre, como Nmero de Reynolds: =Re =Re

Reynolds mostro que ciertos valores crticos definan las velocidades criticas superior e inferior para todos los fluidos que fluyen en todos los tamaos de tubos y dedujo as el hecho de que los lmites de flujo laminar y flujo turbulento se definan por nmeros simplesSegn el nmero de Reynolds, los flujos se definen:Re4000 flujo turbulento

Flujo LaminarSe caracteriza porque el movimiento de las partculas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresin de que se tratara de lminas o capas ms o menos paralelas entre s, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista mezcla macroscpica o intercambio transversal entre ellas.La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar:

Esta ley establece la relacin existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de deformacin angular. La accin de la viscosidad puede amortiguar cualquier tendencia turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar.En situaciones que involucren combinaciones de baja viscosidad, alta velocidad o grandes caudales, el flujo laminar no es estable, lo que hace que se transforme en flujo turbulento.

Flujo de TransicinPara valores de2100 a 4000(para flujo interno en tuberas circulares) la lnea del colorante pierde estabilidad formando pequeas ondulaciones variables en el tiempo, mantenindose sin embargo delgada. Este rgimen se denomina de transicin.

Flujo TurbulentoEste tipo de flujo es el que ms se presenta en la prctica de ingeniera. En este tipo de flujo las partculas del fluido se mueven en trayectorias errticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porcin de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.En este tipo de flujo, las partculas del fluido pueden tener tamaos que van desde muy pequeas, del orden de unos cuantos millares de molculas, hasta las muy grandes, del orden de millares de pies cbicos en un gran remolino dentro de un ro o en una rfaga de viento.Cuando se compara un flujo turbulento con uno que no lo es, en igualdad de condiciones, se puede encontrar que en la turbulencia se desarrollan mayores esfuerzos cortantes en los fluidos, al igual que las prdidas de energa mecnica, que a su vez varan con la primera potencia de la velocidad.La ecuacin para el flujo turbulento se puede escribir de una forma anloga a la ley de Newton de la viscosidad:

Donde:h: viscosidad aparente, es factor que depende del movimiento del fluido y de su densidad.En situaciones reales, tanto la viscosidad como la turbulencia contribuyen al esfuerzo cortante:

En donde se necesita recurrir a la experimentacin para determinar este tipo de escurrimiento.Factores que hacen que un flujo se torne turbulento: La alta rugosidad superficial de la superficie de contacto con el flujo, sobre todo cerca del borde de ataque y a altas velocidades, irrumpe en la zona laminar de flujo y lo vuelve turbulento. Alta turbulencia en el flujo de entrada. En particular para pruebas en tneles de viento, hace que los resultados nunca sean iguales entre dos tneles diferentes. Gradientes de presin adversos como los que se generan en cuerpos gruesos, penetran por atrs el flujo y a medida que se desplazan hacia delante lo "arrancan". Calentamiento de la superficie por el fluido, asociado y derivado del concepto de entropa, si la superficie de contacto est muy caliente, transmitir esa energa al fluido y si esta transferencia es lo suficientemente grande se pasar a flujo turbulento.

Objetivos Visualizar los flujos en diferentes regmenes de escurrimiento, diferenciando el flujo laminar (flujo ordenado, lento) del flujo turbulento (flujo desordenado, rpido), flujo transicional (caractersticas del flujo laminar y turbulento a la vez). Obtener valores para el nmero adimensional de Reynolds sujeto a las condiciones bajo las cuales se realizan las experiencias. Medir los tiempos y el volumen gastados en los resultados de las experimentaciones para medir cada tipo de flujo Graficar resultados de los resultados obtenidos.

Materiales y mtodos Aparato de determinacin de Reynolds modelo, compuesto de un tubo de vidrio, y de un inyector colorante. Termmetro Cronometro Recipiente graduado

Procedimiento Verificacin de todas las llaves y vlvulas estn cerradas Agregamos y colocamos el recipiente de vidrio con la tinta Regulamos la forma que se presente el caudal de agua mnimo. Abrimos la vlvula de control de salida del agua, girando la manija 15 aproximadamente Inyeccin del colorante, de manera que fluya a travs del tubo de vidrio, tratando que el hilo de tinta sea precisa El agua que sale la almacenamos en un recipiente graduado Medir el tiempo en el cual ingresa el volumen del agua anteriormente mencionado Se repite el procedimiento seis veces por caudal, pero cada vez incrementando el caudal del agua que sale aadiendo otro giro de 15 a la manija en cada caso

ResultadosDimetro del tubo10 mm

Temperatura del agua27 C

Densidad del agua1000 kg/m3

Viscosidad del agua0.01 Cp

= Re despejando para Velocidad

Reynolds 1000

=1 m/s

Reynolds 3000

=3m/s

Reynolds 6000

=6m/s

Calcular rea del dimetro

CaudalVolumen MedioTiempo Medio

Laminar600 ml32.4 s

600 ml11.0 s

Transicin600 ml17.86 s

600 ml14.6 s

Turbulento1613 ml20 s

1373 ml10 s

d) Para qu se utiliza el nmero de Reynolds?Este nmero es adimensional y puede utilizarse para definir las caractersticas del flujo dentro de una tubera.El nmero de Reynolds proporciona una indicacin de la perdida de energa causada por efectos viscosos. Observando la ecuacin anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la perdida de energa, el nmero de Reynolds es pequeo y el flujo se encuentra en el rgimen laminar. e) Qu Relacin existe entre las perdidas primarias y perdidas secundarias con el nmero de Reynolds?Las prdidas primarias son las prdidas que genera la superficie en contacto con el fluido en la tubera, rozamiento de unas capas de fluido con otras o de las partculas de fluido entre s. Tienen lugar en un flujo uniforme, por lo tanto en los tramos de tubera de seccin constante; y las perdidas secundarias son las prdidas de forma, que tienen lugar en las transiciones, codos, vlvulas, elementos de medicin y toda clase de accesorios y elementos adicionales de las tuberas.De esto se puede derivar que la tubera circulas ofrece al escurrimiento de cualquier fluido, una resistencia menor que una tubera de cualquier otra seccin geomtrica.f) Cundo es de utilidad un flujo laminar y cuando un flujo turbulento?La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar: Esta ley establece al relacin existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de deformacin angular. La accin de la viscosidad puede amortiguar cualquier tendencia turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar.Es situaciones que involucren combinaciones de baja viscosidad, alta velocidad o grandes caudales, el flujo laminar no es estable, lo que hace que se transforme en flujo turbulento.Cuando se compara un flujo turbulento con uno que no lo es, en igualdad de condicione, se puede encontrar que en la turbulencia se desarrollan mayores esfuerzos cortantes en los fluidos, al igual que las prdidas de energa mecnica, que a su vez varan con la primera potencia de la velocidad.La ecuacin para el flujo turbulento se puede escribir de una forma anloga a la ley de Newton de la viscosidad:Donde: En estas situaciones reales, tanto la viscosidad como la turbulencia contribuyen al esfuerzo cortante: En donde se necesita recurrir a la experimentacin para determinar este tipo de escurrimiento. Flujo turbulentoFactores que hacen que un flujo se torne turbulento: La alta rugosidad superficial de la superficie de contacto con el flujo, sobre todo cerca del borde de ataque y a altas velocidades, irrumpe en la zona laminar de flujo y lo vuelve turbulento. Alta turbulencia en el flujo de entrada. En particular para pruebas en tneles de viento, hace que los resultados nunca sean iguales entre dos tneles diferentes. Gradientes de presin adversos como los que se generan en cuerpos gruesos, penetran por atrs el flujo y a medida que se desplazan hacia delante lo "arrancan".

DiscusionesSegn el experimento realizado podemos ver el nmero adimensional de Reynolds sujeto a las condiciones bajo las cuales se realiz el estudio, las diferencias entre un tipo de flujo y otro son notables y podemos comprobarlo tanto en la prctica como el los clculos.

ConclusionesSe pudo comprobar de manera notable los valores obtenidos para el numero de Reynolds sujeto a las condiciones del experimento verificndose los nmeros de Reynolds establecidos correspondan a la forma del flujo que se presentaba en la experiencia. Adems se distingui el flujo laminar del transitorio y el turbulento. Medimos los tiempos y el volumen gastados en los resultados de las experimentaciones para medir cada tipo de flujo y con ello, a travs de las grficas se encontr la comprobacin experimental de la relacin del nmero de Reynolds vs el caudal

ReferenciasPaucar Romero Henry. (2014). Laboratorio de Mecnica de Fluidos. 11 de septiembre de 2015, de Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo Sitio web: http://www.academia.edu/7530759/1_informe_de_laboratorio_Numero_de_ReynoldsRamrez Cabrera Cinthia Berenice. (2011). Flujo en tuberas. 11 de septiembre de 2015, de UNAM Sitio web: http://berenice-ramirez-cabreraingindus.blogspot.mx/2011/10/flujo-de-tuberias.htmlRojas Opazo Rodrigo. (2007). Diseo de Bancos para ensayos de prdidas de agua. 11 de septiembre de 2015, de Universidad tcnica Federico Santa Mara Sitio web: http://html.rincondelvago.com/diseno-de-un-modulo-de-perdidas-de-presion-en-fluidos.html