Instituto Tecnolgico de Mexicali

Ingeniera Qumica

Laboratorio integral 1

REPORTE

Practica #2

Flujo laminar y turbulento

ALUMNOS:

Cano Mercado Claudia Azucena.

Ambriz Medina Brianda Indira.

Murillo Castillo Mara Margarita.

Olgun de Lucio Victor Alejandro.

Romero Parra Manuel de Jess.

Vega Domnguez Francisca Aurora.

PROFESOR:

Prof. Norman E. Rivera Pazos.

Mexicali Baja California, 27 de abril del 2010

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INDICE

1. Introduccin3

2. Objetivos..4

3. Marco terico.4

4. Fundamento terico

El equipo..7

Modelo matemtico.

5. Diseo de la prctica

Procedimiento.....

6. Anlisis de datos y resultados

Clculos......

Grficas.....

7. Conclusiones.....

8. Referencias......

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INTRODUCCION

Cuando entre dos partculas en movimiento existe gradiente de velocidad, o sea que una se mueve ms rpido que la otra, se desarrollan fuerzas de friccin que actan tangencialmente a las mismas.

Las fuerzas de friccin tratan de introducir rotacin entre las partculas en movimiento, pero simultneamente la viscosidad trata de impedir la rotacin. Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes estados de flujo.

Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es mayor que la de friccin, las partculas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca energa, el resultado final es un movimiento en el cual las partculas siguen trayectorias definidas, y todas las partculas que pasan por un punto en el campo del flujo siguen la misma trayectoria. Este tipo de flujo fue identificado por O. Reynolds y se denomina laminar, queriendo significar con ello que las partculas se desplazan en forma de capas o lminas.

Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la friccin entre partculas vecinas al fluido, y estas adquieren una energa de rotacin apreciable, la viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotacin las partculas cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras, las partculas chocan entre s y cambian de rumbo en forma errtica y a este tipo de flujo se le llama turbulento.

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OBJETIVO

Objetivo general.

* Observar las diferencias en el comportamiento de la velocidad para flujos laminares y turbulentos. * Hacer mediciones de velocidades bajo regmenes de flujo diferentes.

MARCO TEORICO

Flujo laminar:

Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando ste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en lminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilndricas coaxiales como, por ejemplo la glicerina en un tubo de seccin circular. Las capas no se mezclan entre s. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que este flujo es aerodinmico. En el flujo aerodinmico, cada partcula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada lnea de corriente

La prdida de energa es proporcional a la velocidad media. El perfil de velocidades tiene forma de una parbola, donde la velocidad mxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo.

Se da en fluidos con velocidades bajas o viscosidades altas, cuando se cumple que el nmero de Reynolds es inferior a 2300. Ms all de este nmero, ser un flujo turbulento.

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.

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Flujo turbulento:

Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la friccin entre partculas vecinas al fluido, y estas adquieren una energa de rotacin apreciable, la viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotacin las partculas cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras, las partculas chocan entre s y cambian de rumbo en forma errtica.

El flujo se caracteriza porque:

Las partculas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias definidas. La accin de la viscosidad es despreciable. Las partculas del fluido poseen energa de rotacin apreciable, y se mueven

en forma errtica chocando unas con otras. Al entrar las partculas de fluido a capas de diferente velocidad, su momento

lineal aumenta o disminuye, y el de las partculas vecina la hacen en forma contraria.

Cuando las fuerzas de inercia del fluido en movimiento son muy bajas, la viscosidad es la fuerza dominante y el flujo es laminar. Cuando predominan las fuerzas de inercia el flujo es turbulento. Reynolds estableci una relacin que permite establecer el tipo de flujo que posee un determinado problema.

Para nmeros de Reynolds bajos el flujo es laminar, y para valores altos el flujo es turbulento. O. Reynolds, mediante un aparato sencillo fue el primero en demostrar experimentalmente la existencia de estos dos tipos de flujo.

Mediante colorantes agregados al agua en movimiento demostr que en el flujo laminar las partculas de agua y colorante se mueven siguiendo trayectorias definidas sin mezclarse, en cambio en el flujo turbulento las partculas de tinta se mezclan rpidamente con el agua.

Experimentalmente se ha encontrado que en tubos de seccin circular cuando el nmero de Reynolds pasa de 2400 se inicia la turbulencia en la zona central del tubo, sin embargo este lmite es muy variable y depende de las condiciones de quietud del conjunto. Para nmeros de Reynolds mayores de 4000 el flujo es turbulento.

Al descender la velocidad se encuentra que para nmeros de Reynolds menores de 2100 el flujo es siempre laminar, y cualquier turbulencia es que se produzca es eliminada por la accin de la viscosidad.

El paso de flujo laminar a turbulento es un fenmeno gradual, inicialmente se produce turbulencia en la zona central del tubo donde la velocidad es mayor, pero queda una corona de flujo laminar entre las paredes del tubo y el ncleo central turbulento.

Al aumentar la velocidad media, el espesor de la corona laminar disminuye gradualmente hasta desaparecer totalmente. Esta ltima condicin se consigue a altas velocidades cuando se obtiene turbulencia total en el flujo.

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Para flujo entre placas paralelas, si se toma como dimensin caracterstica el espaciamiento de stas, el nmero de Reynolds mximo que garantiza flujo laminar es 1000. Para canales rectangulares anchos con dimensin caracterstica la profundidad, este lmite es de 500; y para esferas con el dimetro como dimensin caracterstica el lmite es la unidad.

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FUNDAMENTO TEORICO

Equipo.

Materiales. Vaso de ppt de 1lt. Agua Jeringa Tinta china Pesas de diferentes gramos

Se tiene un recipiente para poder

observar los diferentes flujos

La jeringa con un cierto volumen de tinta china (5ml.)

Pesa con diferentes variaciones para que podamos tener un flujo laminar, turbulento y en transicin.

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Modelo matemtico. Para obtener Re se hacen las siguientes suposiciones:

Primero. Pero.

Dnde.

Por lo tanto: Eliminando variables:

Si sustituimos para que la ecuacin nos quede ms despejada.

Donde:

Re=Numero de Reynolds Q= es el caudal o flujo volumtrico v= es la viscosidad cinemtica D= dimetro interior de la tubera

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DISEO DE LA PRCTICA

Procedimiento:

1. Montar nuestro equipo tal y como lo muestra el diagrama.

2. Con pesas de diferentes gramos lo pondremos arriba del embolo de la jeringa

para que este sea impulsado y pueda salir la tienta china a un tiempo

determinado.

3. Anotar los diferentes tiempos.

4. Hacer los clculos para ver dentro de que flujos esta cada tiempo

predeterminado.

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ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS.

Clculos.

Unidades: Re= adimensional Q= m3/s v= m2/s D=m

Conversiones:

Resultados.

Corridas Tiempo(s) Tipo de flujo

1 2.29 LAMINAR

2 2.87 TURBULENTO

3 5.0 TRANSICION

Para un tiempo de 2.29 se obtiene un Re:

Por lo tanto es un flujo laminar.

Para un tiempo de 2.87 se obtiene un Re:

Por lo tanto es un flujo turbulento.

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Para un tiempo de 2.87 se obtiene un Re:

Por lo tanto es un flujo de transicin.

Grafica.

Turbulento

Transicin

Laminar

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CONCLUSIONES

En esta prctica pudimos comprobar experimentalmente el comportamiento de los

distintos tipos de flujos descritos tericamente como son: flujo laminar, flujo turbulento

y flujo transitorio. Estos resultados los pudimos comparar accionando el embolo de la

jeringa con distintas presiones y rapidez, y con el tiempo obtenido calculando el numero

de Reynolds pudimos saber que flujo se obtena con las distintas variables mencionadas

anteriormente.

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REFERENCIAS

http://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_laminar

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/laminar_turbulento.htm

http://images.google.com.mx/images?um=1&hl=es&rlz=1R2ADRA_esM

X364&tbs=isch:1&q=pesas&sa=N&start=140&ndsp=20

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbulencia