Cuba de Reynolds

LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA I CUBA DE REYNOLDS CRUZ ESPINOLA DENIS - 1126120176 ING. DÍAZ CÓRDOVA ZOILA GRUPO HORARIO: 02Q 14 DE ABRIL DEL 2015

Laboratorio de Ingeniería Química I - 02q

Ciclo 15A

Contenido INTRODUCCION ............................................................................................................................ 2 I.

OBJETIVOS ............................................................................................................................ 3

II.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS................................................................................................. 3

III.

METODOLOGÍA .................................................................................................................. 5

IV.

CONCLUSIONES .............................................................................................................. 12

V.

RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 12

VI.

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 12

ANEXOS

1

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Ciclo 15A

INTRODUCCION

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 las respectivas conclusiones

y las

recomendaciones.

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I.

Ciclo 15A

OBJETIVOS



Conocer el manejo de la cuba de Reynolds.



Observar si el flujo es laminar o turbulento.



Cuantificar el número de Reynolds

II.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

ANTECEDENTES: Reynolds (1874) estudió las características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluía por una tubería. A velocidades bajas del líquido, el trazador se mueve linealmente en la dirección axial. Sin embargo a mayores velocidades, las líneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa rápidamente después de su inyección en el líquido. El flujo lineal se denomina Laminar y el flujo errático obtenido a mayores velocidades del líquido se denomina Turbulento

FUNDAMENTOS: 1. Flujo Laminar Las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de trayectorias uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido, dirección y magnitud. Suele presentarse en los extremos finales de los laterales de riego y en microtubos de riego. En tuberías de sección circular, si hacemos un corte transversal, las capas de igual velocidad se disponen de forma concéntrica, con v > 0 junto a las paredes de la tubería y velocidad máxima en el centro. Corresponde el régimen laminar a bajos valores del número de Reynolds y suele darse a pequeñas velocidades, en tubos con pequeño diámetro y con fluidos muy viscosos (aceites). En estas condiciones, las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia. 2. Flujo Transicional El flujo laminar se transforma en turbulento en un proceso conocido como transición; a medida que asciende el flujo laminar se convierte en inestable por mecanismos que no se comprenden totalmente. Estas inestabilidades crecen y el flujo se hace turbulento.

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3. Flujo Turbulento Las partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas, desordenadas, con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del flujo, y por tanto el número de Reynolds, la tendencia al desorden crece. Ninguna capa de fluido avanza más rápido que las demás, y sólo existe un fuerte gradiente de velocidad en las proximidades de las paredes de la tubería, ya que las partículas en contacto con la pared han de tener forzosamente velocidad nula. Dentro del régimen turbulento se pueden encontrar tres zonas diferentes:  RÉGIMEN TURBULENTO LISO: las pérdidas que se producen no dependen de la rugosidad interior del tubo. Se presenta para valores del número de Reynolds bajos por encima de 4000.  RÉGIMEN TURBULENTO DE TRANSICIÓN: las pérdidas dependen de la rugosidad del material del tubo y de las fuerzas de viscosidad. Se da para números de Reynolds altos, y depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa.  RÉGIMEN TURBULENTO RUGOSO: Las pérdidas de carga son independientes del número de Reynolds y dependen sólo de la rugosidad del material. Se da para valores muy elevados del número de Reynolds.

Sabemos:

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III.

Ciclo 15A

METODOLOGÍA

a. Procedimiento Experimental 

Llenar la cuba de Reynolds con agua y esperar que cese cualquier clase de movimiento.



Medir el diámetro de la tubería de vidrio.



Colocar el colorante en el depósito y ajustar la válvula de este depósito de tal manera que el flujo del colorante es el mínimo posible y no altere el régimen que se espera obtener.



Medir la temperatura del agua estática que contiene el recipiente.

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b. Recolección de datos

Antes de la experiencia:  Diámetro interno del tubo = 1 cm 10-2 m  Temperatura = 26 ºC, gracias a la temperatura podemos obtener, la densidad y la viscosidad dinámica del fluido (Agua):

 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 996.8128

𝐾𝑔 𝑚3

 𝜇𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 8.71𝑥 10−4

𝐾𝑔 𝑚. 𝑠

 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 = 7.854 𝑥 10−5 𝑚2  Se realizaron 5 medicines a partir de la variación del caudal de salida.

Se toma el volumen y a su vez se controla el tiempo…

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Ciclo 15A

TABLA 1

MEDICION I

II

III

IV

V

VOLUMEN (mL)

TIEMPO (s)

370

12.87

300

10.30

220

7.51

470

7.66

395

6.35

375

6.30

330

5.24

340

4.49

440

6.12

415

5.31

360

4.53

410

5.30

390

4.60

340

4.31

280

3.44

175

13.71

130

10.37

105

8.43

100

7.92

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Ciclo 15A

c. Cálculos y resultados De los datos tabulados, podemos determinar el número de Reynolds con ayuda de la siguiente formula:

𝑹𝒆 =

𝝆 𝒗𝒔 𝑫 … (∗) 𝝁

Como sabemos “Re” es adimensional, sabemos que al caudal para poder obtener la velocidad, debemos dividir entre el área transversal.

PARA I (FLUJO TURBULENTO) 370 + 300 + 220 = 296.667 ∗ 10−3 𝐿 3 12.87 + 10.3 + 7.51 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = = 10.227 𝑠𝑒𝑔 3

𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

Calculando el caudal: 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 296.667 ∗ 10−3 𝑄= = = 0.029 𝐿/𝑠 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚 10.227 Luego la velocidad del fluido: 𝑄 0.029 𝐿/𝑠 𝐿 1 𝑚3 𝑉𝑠 = = = 334.4838 2 ∗ = 0.36935481 𝑚/𝑠 𝐴 7.854 𝑥 10−5 𝑚2 𝑚 . 𝑠 1000 𝐿 Reemplazando en (*)

𝐾𝑔 𝑚 996.8128 3 ∗ 0.3344838 ∗ 10−2 m 𝝆 𝒗𝒔 𝑫 𝑠 𝑚 𝑹𝒆 = = = 𝟒𝟐𝟐𝟕. 𝟎𝟔𝟕𝟕𝟐 𝐾𝑔 𝝁 −4 8.71𝑥 10 𝑚 . 𝑠

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PARA II (FLUJO TURBULENTO) 470 + 395 + 375 + 330 = 392.5 ∗ 10−3 𝐿 4 7.66 + 6.35 + 6.30 + 5.24 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = = 6.3875 𝑠𝑒𝑔 4

𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

Calculando el caudal: 𝑄=

𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 392.5 ∗ 10−3 = = 0.06144814 𝐿/𝑠 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚 6.3875

Luego la velocidad del fluido: 𝑉𝑠 =

𝑄 0.06144814 𝐿/𝑠 = = 0.7823802 𝑚/𝑠 𝐴 7.854 𝑥 10−5 𝑚2

Reemplazando en (*)

𝐾𝑔 𝑚 996.8128 3 ∗ 0.7823802 𝑠 ∗ 10−2 m 𝝆 𝒗𝒔 𝑫 𝑚 𝑹𝒆 = = = 𝟖𝟗𝟓𝟑. 𝟗𝟐𝟏𝟗 𝐾𝑔 𝝁 −4 8.71𝑥 10 𝑚 . 𝑠

PARA III (FLUJO TURBULENTO) 340 + 440 + 415 + 360 = 388.75 ∗ 10−3 𝐿 4 4.49 + 6.12 + 5.31 + 4.53 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = = 5.1125 𝑠𝑒𝑔 4

𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

Calculando el caudal: 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 388.75 ∗ 10−3 𝑄= = = 0.07603912 𝐿/𝑠 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚 5.1125

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Luego la velocidad del fluido: 𝑉𝑠 =

𝑄 0.07603912 𝐿/𝑠 = = 0.96815788 𝑚/𝑠 𝐴 7.854 𝑥 10−5 𝑚2

Reemplazando en (*)

𝐾𝑔 𝑚 996.8128 3 ∗ 0.96815788 𝑠 ∗ 10−2 m 𝝆 𝒗𝒔 𝑫 𝑚 𝑹𝒆 = = = 𝟏𝟏𝟎𝟖𝟎. 𝟎𝟒𝟕𝟖 𝐾𝑔 𝝁 −4 8.71𝑥 10 𝑚 . 𝑠 PARA IV (FLUJO TURBULENTO) 410 + 390 + 340 + 280 = 355 ∗ 10−3 𝐿 4 5.3 + 4.6 + 4.31 + 3.44 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = = 4.4125 𝑠𝑒𝑔 4

𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

Calculando el caudal: 𝑄=

𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 355 ∗ 10−3 = = 0.08045326 𝐿/𝑠 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚 4.4125

Luego la velocidad del fluido: 𝑉𝑠 =

𝑄 0.08045326 𝐿/𝑠 = = 1.0243603 𝑚/𝑠 𝐴 7.854 𝑥 10−5 𝑚2

Reemplazando en (*)

𝐾𝑔 𝑚 996.8128 3 ∗ 1.0243603 𝑠 ∗ 10−2 m 𝝆 𝒗𝒔 𝑫 𝑚 𝑹𝒆 = = = 𝟏𝟏𝟕𝟐𝟑. 𝟐𝟓𝟒𝟒 𝐾𝑔 𝝁 −4 8.71𝑥 10 𝑚 . 𝑠

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Ciclo 15A

PARA V (FLUJO LAMINAR) 175 + 130 + 105 + 100 = 127.5 ∗ 10−3 𝐿 4 13.71 + 10.37 + 8.43 + 7.92 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = = 10.1075 𝑠𝑒𝑔 4 𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

Calculando el caudal: 𝑄=

𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 127.5 ∗ 10−3 = = 0.0126144 𝐿/𝑠 𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚 10.1075

Luego la velocidad del fluido: 𝑉𝑠 =

𝑄 0.0126144 𝐿/𝑠 = = 0.16061109 𝑚/𝑠 𝐴 7.854 𝑥 10−5 𝑚2

Reemplazando en (*)

𝐾𝑔 𝑚 996.8128 3 ∗ 0.16061109 𝑠 ∗ 10−2 m 𝝆 𝒗𝒔 𝑫 𝑚 𝑹𝒆 = = = 𝟏𝟖𝟑𝟖. 𝟏𝟎𝟕𝟖𝟓 𝐾𝑔 𝝁 −4 8.71𝑥 10 𝑚 . 𝑠

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Ciclo 15A

IV.

CONCLUSIONES

 Se logra conocer el comportamiento de cada fluido, gracias a la acción del colorante sobre el medio del cual estamos trabajando.  Para cada una de la experiencia, el régimen que presenta según el cálculo realizado. EXPERIMENTO

RESULTADO

REGIMEN

I

4227.06772

TURBULENTO

II

8953.9219

TURBULENTO

III

11080.0478

TURBULENTO

IV

11723.2544

TURBULENTO

V

1838.10785

LAMINAR

V. 

RECOMENDACIONES

Ser precisos y exactos cuando medimos el volumen, y a su vez el tiempo para obtener el caudal volumétrico.



Observar detalladamente en la cuba de Reynolds y el flujo del agua.

VI.

BIBLIOGRAFÍA



Jhon H. Perry, 3era Edición Tomo I, Manual de Ingeniero Químico



Merle C. Potter, David C. Wiggert – 3ra edición. Mecánica de fluidos.



Robert Mott- 4ta edición. Mecánica de fluidos



Sears, Física Moderna y Física Universitaria. Tercera Edición.



http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/viscoh2o.pdf

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Ciclo 15A

ANEXOS TABLA I: Viscosidad cinemática a cualquier temperatura del agua

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Ciclo 15A

TABLAS II: Densidades de sustancias puras

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