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. Este informe en general consta de tres partes; en la primera se exponen todos los argumentos teóricos que nos serán de utilidad para desarrollar la segunda parte del informe; que consistente en procesar la información o datos recopilados en laboratorio con la finalidad de demostrar la teoría planteada. La tercera parte se dedica a mostrar los resultados más relevantes que se obtuvieron en la segunda parte, también se puntualizan as respectivas conclusiones y las recomendaciones

OBJETIVOS:

Visualizar los flujos en diferentes regímenes de escurrimiento, diferenciando el flujo laminar (flujo ordenado, lento) del flujo turbulento (flujo desordenado, rápido), flujo transicional (características del flujo laminar y turbulento a la vez).

Obtener valores límite para el número adimensional de Reynolds sujeto a las condiciones bajo las cuales se realizan las experiencias.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

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

El Número de Reynolds

Reynolds demostró por primera vez las características de los dos regímenes de flujo de un fluido real, laminar - turbulento, por medio de un sencillo aparato. Reynolds descubrió 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 línea recta paralela a las paredes. Al aumentar la velocidad el filamento ondula y se rompe hasta que se confunde o mezcla con el agua del tubo .Reynolds dedujo que para velocidades bajas las partículas de fluidos se movían encapas paralelas, deslizándose a lo largo de láminas adyacentes sin mezclarse. Este régimen lo denominó flujo laminar. Y el régimen cuando hay mezcla lo nombró flujo turbulento.

Reynolds pudo generalizar sus conclusiones acerca de los experimentos al introducir un término adimensional, que posteriormente tomó su nombre, como Numero de Reynolds:

Dónde:

ρ: densidad del fluido (kg/m3)

V: velocidad media (m/s)

D: diámetro interno del tubo (m)

μ: viscosidad absoluta o dinámica del fluido (kg/m.s)

ν : viscosidad cinemática del fluido (m2/s)

Reynolds mostró que ciertos valores críticos definían las velocidades críticas superior e inferior para todos los fluidos que fluyen en todos los tamaños de tubos y dedujo así el hecho de que los límites de flujo laminar y flujo turbulento se definían por números simples.

Según el número de Reynolds, los flujos se definen:

Re < 2300 → Flujo Laminar

Re 2300 – 4000 → Flujo de transición

Re > 4000 → Flujo turbulento

Longitud de Estabilización

Cuando un tubo cilíndrico es atravesado por una corriente liquida, la longitud necesaria (medida desde las entradas al tubo) para que se desarrolle completamenteel flujo, sea este laminar o turbulento, se conoce como longitud deestabilización. Por investigaciones realizadas, la longitud de estabilización (L) es:

a) Para flujo laminarL = 0.0288 D Re (según Schiller)L = 0.0300 D Re (según Boussinesq)

b) Para flujo turbulento

40 D˂ L˂50 DSiendo D el diámetro del tubo

Distribución de velocidades en el flujo laminar

Analizando el caso de una tubería de sección circular, con flujo laminar, permanente e incompresible:

En el flujo laminar se cumple la Ley de Newton de la Viscosidad, entonces:

Despejando e integrando:

Para h= 0, Vh = 0 ⇒ C = 0

RELACIÓN DE APARATOS Y EQUIPOS UTILZADOS

1) Cuba de Reynolds, compuesto de un tubo de vidrio, y de un inyector colorante.

2) Permanganato de potasio.

3) Un termómetro.

4) Un cronómetro

(1) (3) (4)

 

PROCEDIMENTO SEGUIDO

El desarrollo del experimento consistió de los siguientes pasos que se mencionan en orden a continuación.

:a) Revisión de todas las llaves y válvulas comprobando que están cerradas. 

b) 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.

c) Se procede a abrir ligeramente la válvula de control de salida del agua, girando la manija un ángulo aproximado de 15°.

d) El agua que sale es almacenada en un recipiente cúbico graduado en litros, que está equipado al costado de la Cuba de Reynolds.

e) Medición del tiempo en el cual ingresa un volumen de agua identificable (1Lo 1/2L) en el recipiente mencionado anteriormente.

f) Verificación de la temperatura del agua para calcular la viscosidad cinemática del agua en ese momento

.g) 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.

h) Se repite el mismo procedimiento tres veces, pero cada vez incrementado el caudal del agua que sale añadiendo un giro aproximado de 15° a la manija en cada caso.