Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin

Facultad de Ingeniera, Arquitectura y UrbanismoEscuela Profesional de Ingeniera Mecnica Docente: VIVES GARNIQUE JUAN CARLOS Curso: MECANICA DE FLUIDOS Tema : Laboratorio 02 Nmero de Reynolds Grupo: Gamarra Miranda ngel Idrogo Sosa Eddy Alexis Parraguez de la Cruz Luigui Navarro Manosalva Roberth Tafur Naquiche Jeinner Ciclo: V

Pimentel, Chiclayo- 2013

LABORATORIO EXPERIMENTAL PARA DETERMINAR REGIMEN DE FLUIDOS Y NMERO DE REYNOLDSINTRODUCCIN:El presente informe tiene como finalidad demostrar los conocimientos tericos con la prctica, mediante un proceso de recoleccin de datos en laboratorio de fluidos que posteriormente son evaluados basndonos en los teoremas de transporte de Reynolds y otros, utilizando los fundamentos tericos pertinentesElestudiosoReynolds,estudilascaractersticasdeflujodelos fluidos inyectando un trazador dentro de un lquido que flua por una tubera. A velocidades bajas del fluido, se ve que el movimiento tiene un carcterlaminar. Sinembargo cuando hay mayores velocidades, el flujo del fluidose desorganizan obteniendo as un flujo turbulento. Para medir el parmetro usamos el nmero de Reynolds, el cual es un nmero adimensional que se utiliza para definir las caractersticas del flujo dentro de una tubera. Tambin nos da una indicacin de la prdida de energa causada por efectos viscosos. El nmero de Reynolds es pequeo y el flujo se encuentra en el rgimen laminar. Si el Nmero de Reynolds es 2100 o menor el flujo ser laminar. Unnmero deReynoldsmayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la prdida de energa y el flujo es turbulento pero si este se encuentra entre estos valores el flujo ser de transicin.Cuando un lquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en lneas paralelas a lo largo del eje del tubo; a este rgimen se le conoce como flujo laminar. Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada velocidad crtica, el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este rgimen se le conoce como flujo turbulento El paso de rgimen laminar a turbulento no es inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio indefinido que se conoce como rgimen de transicinOBJETIVOS: Comprender la importancia del nmero de Reynolds en el estudio del comportamiento de fluidos. Calcular el nmero de Reynolds para fluidos en diferentes condiciones mediante datos conocidos. Obtener distribucin de velocidad y caudal para una tubera. Comparar los resultados que se obtienen experimentalmente con los que se hallan tericamente. 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 flujolaminar yturbulento a la vez transicin) y estudiar los parmetros que dependen para conseguir los resultados esperados como: caudal, volumen, temperatura, tiempo, etc.EQUIPOS A UTILIZAR: Tanque de permeabilidad de Reynolds compuesta por.- una bomba hidrulica, un sistema de recirculacin de fluido, tanque de vidrio con desfogue de fluido a travs de un tubo de vidrio, un inyector de lquido colorante. Cronmetro. Termmetro Colorante rojo. Probetas de medicin.GENERALIDADES:Los problemas de flujos de fluidos reales son mucho ms complejos que el delos fluidos ideales, debido a los fenmenos causados porla existencia de la viscosidad, La viscosidad introduce resistencias al movimiento, al causar, entre las partculas del fluido y entre stas y las paredes limtrofes, fuerzas de corte o de friccin 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 energa se convierte en calor. La inclusin de la viscosidad permite tambin la posibilidad de dos regmenes de flujo permanente diferente y con frecuencia situaciones de flujo completamente diferentes a los que se producen en un fluido ideal. Tambin los efectos de viscosidad sobre el perfil de velocidades, invalidan la suposicin de la distribucin uniforme de velocidades.Numero de Reynolds.Osbome Reynolds estudio las caractersticas de los fluidos inyectando un trazador dentro de un lquido que flua por una tubera. A velocidades bajas del fluido el trazador se mueve linealmente denominndolo flujo laminar, sin embargo a mayores velocidades las lneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa rpidamente despus de su inyeccin en el fluido. Denominndolo flujo turbulento.Las caractersticas que condicionan al flujo laminar dependen de las propiedades del lquido y las condiciones del flujo, conforme aumenta las fuerzas del flujo msico aumentan las fuerzas de omento o inercia, las cuales son contra restadas por las de friccin o fuerzas viscosas dentro del lquido que fluye, cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un equilibrio se producen cambios en las caractersticas del flujo en base a los experimentos de Reynolds se sabe que las fuerzas del momento estn en funcin de: densidad, dimetro de la tubera, velocidad media, viscosidad del lquido, entonces el nmero de Reynolds se defini como la relacin entre las fuerzas inerciales y las fuezas viscosas (rozamiento). El nmero es adimensional y se utiliza para medir caractersticas de flujo dentro de una tubera y relaciona las propiedades fsicas del fluido, su velocidad y la geometra del ducto por el que fluye y est dado por:

Donde: : Densidad del fluido.V: velocidad mediaD: dimetro interno del tubou: viscosidad absoluta o dinmica del fluido: Viscosidad cinemtica del fluido

FlujoLaminar.A valores bajos de flujo msico, cuando el flujo del lquido dentro de la tubera es laminar, se utiliza la ecuacin demostrada en clase para calcular el perfil de velocidad (Ecuacin de velocidad en funcin del radio). Estos clculos revelan que el perfil de velocidad es parablico y que la velocidad media del fluido es aproximadamente 0,5 veces la velocidad mxima existente en el centro dela conduccin.Flujo Turbulento.Cuando el flujo msico en una tubera aumenta hasta valores del nmero de Reynolds superioresa 2100el flujo dentro dela tubera se vuelve errtico y se produce la mezcla transversal del lquido. La intensidad de dicha mezcla aumenta conforme aumenta elnmero de Reynoldsdesde 4000 hasta 10000. A valores superiores del NmerodeReynoldslaturbulenciaesttotalmentedesarrollada,detalmanera que el perfil de velocidad es prcticamente plano, siendo la velocidad media del flujo aproximadamente0,8 veces la velocidad mxima.DESCRIPCIN DEL EQUIPO:Consta de un banco hidrulico con un sistema de recirculacin de fluidos al que se coloca en la superficie el equipo de Reynolds que consta de un tanque superior con orificio de entrada de fluido y en el centro en forma de un embudo esta la salida del fluido que se deriva a travs de un tubo de vidrio por una vlvula para regular el caudal y la velocidad de salida, Adems de un inyector se fluido con tinta que se coloca en al parte superior de tanque con una aguja inyectora que llega hasta el centro del embudo de vidrio por donde salen los fluidos.

Ilustracin 1 Banco Hidrulico

Ilustracin 2 Tanque de Permeabilidad de Reynolds

Termmetro para medir la temperatura del fluido.Cronometr cara controlar el tiempo de salida de un determinado volumen para obtener el caudalAdems se mide el volumen en las probetas de medicin.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:El desarrollo del experimento prctico en el laboratorio de fluidos se desarrollo de la manera siguiente que a continuacin se detalla. Revisin de todas las llaves y vlvulas comprobando que estn cerradas. Se conecta la bomba y se abre la vlvula para llenar el tanque del equipo de Reynolds. Apertura de la vlvula de control de ingreso del fluido de la lnea, regulando de tal forma que se presente un rebose de agua mnimo. Se procede a abrir ligeramente la vlvula de control de salida del agua, girando la llave de control hasta obtener una salida especificada de fluido. El agua que sale es almacenada en un recipiente cbico graduado en litros o el las probetas de medicin que est equipado al costado de la Cuba de Reynolds. Y paralelamente se controla en el cronometro el tiempo que se utiliza para un determinado volumen. Con el termmetro Verificacin de la temperatura del agua para calcular la viscosidad cinemtica del agua en ese momento. Se Apertura de la llave de control de salida del colorante, de manera que fluya a travs del tubo de vidrio, tratando que el hilo de tintura sea lo ms delgado posible. Se repite el mismo procedimiento las veces que sea necesario, pero cada vez incrementado o disminuyendo el caudal del agua que sale En todo momento que se abre la vlvula de salida del colorante se realiza el observatorio del comportamiento de los fluidos para analizar y determinar primero visualmente el tipo de fluido. Finalmente los resultados registrados se evalan con las formulas establecidas y se determina el nmero de Reynolds.

Ilustracin 3 TOMA DE ENSAYOS Ilustracin 4 FLUJO LAMINARIlustracin 5 FLUJO TURBULENTO

TABLAS DE RECOLECCIN DE DATOS:

Ilustracin 6 TABLA DE VISCOCIDAD CINEMATICACALCULO DE CAUDAL. DONDE: Volumen : tiempoVolumen expresado en litros por factor de conversin queda el caudal expresado en metros cbicos por segundo.

Ilustracin 7 DATOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMETE

PROCEDIMIENTO DE CALCULOSECUACIN PARA DETERMINAR EL NMERO DE REYNOLDS:

Dnde:V: velocidad criticaD: dimetro del tubo por donde discurre el fluido : Viscosidad cinemtica

ECUACION PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD CRTICA:

Dnde:Q: caudal A: reaDeterminamos el rea la cual es constante para todas las lecturas de medicin si tenemos un dimetro de 0.013 m entonces calculamos el rea.

TABLA DE RESULTADOS DE LOS CALCULOS PARA HALLAR EL NUMERO DE REYNOLDS Y EL TIPO DE REGIMEN DEL FLUIDO CON LAS DISTINTAS LECTURAS:

LECTURASVISCOCIDAD (m3/s)CAUDAL (m3/s)AREA (m2)VELOCIDAD (m/s)DIAMETRO (m)N REYNOLDSREGIMEN

10.000000867240.0000142860.000130.110.0131647.26laminar

20.000000867240.0000544660.000130.420.0136280.41transicin

30.000000867240.0000110760.000130.090.0131277.15laminar

40.000000867240.0000094070.000130.070.0131084.74laminar

50.000000867240.0000023800.000130.020.013274.41laminar

60.000000867240.0000028920.000130.020.013333.45laminar

70.000000867240.0002467920.000131.900.01328457.14turbulento

80.000000867240.0002280130.000131.750.01326291.80turbulento

CONCLUSIONES: Se pudo comprobar satisfactoriamente los valores obtenidos por Reynolds en el experimento verificndose que los Nmeros de Reynolds establecidos de forma matemtica correspondan a la forma del flujo que se presentaba en forma visual. Se pudo distinguir con claridad el flujo laminar (flujo ordenado, lento), del flujo turbulento (flujo desordenado, rpido), adems de algunas diferencias en el flujo de transicin. Se determin el Nmero de Reynolds crtico, que nos delimita el cambio de un flujo en estado laminar al estado turbulento, llamado fluido de transicin. NoseobtuvoenelexperimentomuchosvaloresdelNmerodeReynoldsparaun flujo transitorio, debido al repentino cambio de volumen que se desarroll en el experimento como se puede apreciar en latabla solo obtuvimos una lectura con este flujo. Permite al estudiante diferenciar los tipos de flujos y sus comportamientos que servirn en el futuro para ptimos diseos y proyectos