CubaDeReynolds_Lab3Rossel

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Escuela profesional de Ingeniería Eléctrica

Curso:

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

Tema:

CUBA DE REYNOLDS

Profesor:

ING. ROSEL GALLEGOS TEODORO RODOLFO

Integrantes: 1. ESPINOZA GAMARRA JAVIER

1023120727

2. CHAVEZ SULLUCHUCO EDUARDO

1023120611

3. SOLIS AQUINO LUIGUI BRUNO

1023120246

4. VILCHEZ BAYLON EDWIN

1023110195

Fecha de realización:

03/06/2013

Fecha de entrega:

10/06/2013

Bellavista-Callao 2013

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds INTRODUCCION

Cuando un líquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en líneas paralelas a lo largo del eje del tubo; a este régimen se le conoce como flujo laminar". Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada velocidad crítica, el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este régimen se le conoce como Flujo turbulento, el paso de régimen laminar a turbulento no es inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio indefinido que se conoce como régimen de transición.

I.

OBJETIVOS

  

Observar los fenómenos ocurridos en una tubería. Calcular el número de Reynolds. Identificar los diferentes tipos de flujo en la experiencia (flujo laminar; flujo turbulento).

II.

FUNDAMENTO TEORICO

Flujo Turbulento Cuando entre dos partículas en movimiento existe gradiente de velocidad, o sea que una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que actúan tangencialmente a las mismas. Las fuerzas de fricción tratan de introducir rotación entre las partículas en movimiento, pero simultáneamente la viscosidad trata de impedir la rotación. Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes estados de flujo Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas vecinas al fluido, y estas adquieren una energía de rotación apreciable, la 2|Página UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras, las partículas chocan entre sí y cambian de rumbo en forma errática. Éste tipo de flujo se denomina "Turbulento". En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos (no coordinados), como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.

Flujo Laminar Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es mayor que la de fricción, las partículas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca energía, el resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectorias definidas, y todas las partículas 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 partículas se desplazan en forma de capas o láminas. Se llama flujo Laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. Se puede presentar en las duchas eléctricas vemos que tienen líneas paralelas El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos. El número de Reynolds es un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describen en qué condiciones el flujo será laminar o turbulento

3|Página UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds

La razón por la que un flujo puede ser laminar o turbulento tiene que ver con lo que pasa a partir de una pequeña alteración del flujo, una perturbación de los componentes de velocidad. Dicha alteración puede aumentar o disminuir. Cuando la perturbación en un flujo laminar aumenta, cuando el flujo es inestable, este puede cambiar a turbulento y si dicha perturbación disminuye el flujo continua laminar.

Un flujo puede ser también laminar y turbulento intermitentemente, esto puede ocurrir cuando Re se aproxima a un número de Re crítico, por ejemplo e un tubo el Re crítico es 2000, puesto que Re menores que este son todos para flujos laminares.

Numero de Reynolds Los diferentes regímenes de flujo y la asignación de valores numéricos de cada uno fueron reportados por primera vez por Osborne Reynolds en 1883.Reynolds observo que el tipo de flujo adquirido por un líquido que fluye dentro de una tubería depende de la velocidad del líquido, el diámetro de la tubería y de algunas propiedades físicas del fluido. Así, el número de Reynolds es un número adimensional que relaciona las Propiedades físicas del fluido, su velocidad y la geometría del ducto por el que fluye y está dado por:

: Número de Reynolds. = Velocidad del flujo. = diámetro. = Viscosidad cinemática. = viscosidad dinámica. = densidad del fluido.

4|Página UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds

III.

CARACTERISTICAS DEL EQUIPO E INSTRUMENTACION

CUBA DE REYNOLDS Es un tanque en forma de prisma rectangular, dentro posee un tubo de vidrio, este tuvo esta acoplado, de un lado, a una válvula fuera del tanque, del otro lado del tuvo (dentro del tanque) posee un embudo para otra tubería; esta otra enviara un líquido de color dentro del tubo de vidrio. O sea tenemos dos tubos, uno horizontal dentro del tanque y otro vertical fuera de ella; la tubería vertical tiene un embudo más grande en la sima para colocar el líquido de color (tinta), también posee una válvula que regula el flujo de la tinta. La cuba (tanque) se encuentra sentada sobre cuatro patas dispuestas en cada vértice de su base, esto para ubicar una tercera válvula en la base para desaguar el líquido al final de la experiencia; además las patas son regulables, esto para nivelar el tanque. La capacidad de la cuba es aproximadamente 30 litros y el diámetro del tubo de vidrio dentro del tanque es de 28mm.

A

Tubo de vidrio

B

Válvula del tubo de vidrio

C

Tubo vertical

D

Válvula del tubo vertical

E

Válvula del tanque

F

Embudo para la tinta

5|Página UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds

TERMOMETRO Termómetro de mercurio que mide la temperatura de 0 a 110°C, en la escala 1/1.

VASO DE PRECIPITADO Bebe ser resistente, marca PIREX, la precisión de este objeto es de 50ml ± 5%. Mide de 0 a 500ml como mínimo, esto para medir el volumen del agua desalojada.

CRONOMETRO Es necesario para medir el tiempo de salida del agua desalojada y calcular después su velocidad.

AGUA Y TINTA Aproximadamente 30 litros y una tinta de color intenso.

IV.

PROCEDIMIENTO UTILIZADO

1- Procedemos a nivelar el equipo (cuba de Reynolds) con los niveladores de burbuja que se encuentran en él. 2- Llenar la cuba de Reynolds con agua y esperar que cese cualquier clase de movimiento, y mantenerlo a un mismo nivel, marcado anteriormente; este nivel debe estar muy por encima del tubo de vidrio. 6|Página UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds

3- Abrir la válvula de la tubería de vidrio que se ubica dentro del tanque de Reynolds, de manera que se mantenga un flujo constante. Se debe seguir llenando el tanque en todo momento, manteniendo el nivel marcado. 4- Llenar el recipiente contenedor de tinta y abrir la válvula que permite la inyección de tinta dentro del tubo de vidrio mencionado anteriormente. 5- Observar el tipo de régimen al cual está sometido el flujo estudiado, basado en la teoría estudiada y en la experiencia del observador. 6- Medir el volumen desalojado por la tubería de vidrio, utilizando el vaso de precipitado y medir el tiempo que tarda en desalojar el mismo. 7- Abrir o cerrar la válvula de la tubería de vidrio que se ubica dentro del tanque de Reynolds, con el objeto de variar el caudal que circula por la misma, esto para las siguientes mediciones. 8- Repetir los pasos 3, 5, 6 y 7 para cada variación del caudal dentro de la tubería de vidrio. 9- Analizar y concluir los resultados obtenidos.

7|Página UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds

FLUJO LAMINAL

V.

FLUJO TURBULENTO

TABULACION DE DATOS

VOLUMEN Mili-Litros

TIEMPO Segundos

TEMPERATURA G. Centígrados

APERTURA DE LA VALVULA

1° experiencia

250 ml

41.66’’

19.5 °C

1/4 de vuelta

2° experiencia

290 ml

16.64’’

19.5 °C

1/2 de vuelta

3° experiencia

388 ml

13.91’’

19. °C

3/4 de vuelta

4° experiencia

375 ml

9.98’’

19.5 °C

1 vuelta

5° experiencia

400 ml

7.15’’

19.5 °C

1 y 1/2 vuelta

6° experiencia

412 ml

5.42’’

19.25 °C

Totalmente abierta

8|Página UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds

VI.

SECUENCIA DE CALCULOS

Determinación del caudal (Q) volumétrico para cada dato: : volumen en m3 y t en segundos.

Usando la fórmula:

1er experiencia:

2da experiencia:

3ra experiencia:

4ta experiencia:

5ta experiencia:

6ta experiencia:

Nota1: Calculo del área de sección transversal de la tubería:

𝐴

𝜋𝐷

𝐴

𝜋∙

𝐴

,

𝑚𝑚2

𝐴

, ∙

𝑚2

9|Página UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds



Determinación de la velocidad (V) del fluido en la tubería

De la fórmula del caudal:

; A es el área de la sección transversal de la tubería:

1er experiencia: ,

2da experiencia: ,

3era experiencia: ,

4ta experiencia: ,

5ta experiencia: ,

6ta experiencia: ,

Nota2: Como la temperatura es aproximadamente igual para todos los datos (20°C) la viscosidad cinemática () toma el valor de 

según tablas.

Determinación del número de Reynolds (Re):

El número de Reynolds, para tuberías, es:



;

10 | P á g i n a UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds

* 2

(

)∙(

,

)

,

)

 (

*

)∙(

,

)



*

(

)∙(

,

)

(

)∙(

,

)



*

 (

*

)∙(

,

)



TABULACION DE RESULTADO

Abertura de válvula Nº (fracción de Dato abertura total)

Volumen (m3)

250 x 10-6

1

)∙(



*

VII.

(

Tiempo Temp. (s) ( °C )

41.66

19.5

Caudal Velocidad -6 3 ( 10 m /s ) ( 10-3 m/s )

Número de Reynolds ( Re)

6

Tipo de flujo Teórico Laminar

2

290 x 10-6

16.69

19.5

Laminar

3

388 x 10-6

13.91

19

Laminar

4

375 x 10-6

9.98

19

Laminar

5

400 x 10-6

7.15

19

En transición

412 x 10-6

5.42

19.5

En transición

6

abertura total

Observa do

No fue posible visualizar ningún tipo de flujo, debido a las condicio nes de la cuba y tubería

11 | P á g i n a UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds GRAFICOS: NUMERO DE REYNOLDS (Re) 285.15

CAUDAL (Q)

VELOCIDAD (V)

6

10.64

825.71

17.38

30.81

1324.9

27.89

49.44

1785.4

37.58

66.62

2657.8

55.94

99.17

3611.3

76.01

134.75

CAUDAL vs REYNOLDS

Q vs Re 4000 3500

REYNOLDS

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

CAUDAL

12 | P á g i n a UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio De Mecánica De Fluidos / Cuba De Reynolds

VELOCIDAD vs REYNOLDS

V vs REYNOLDS 4000 3500

REYNOLDS

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

VELOCIDAD

VIII. CONCLUSIONES:  Luego un flujo de transición en un 60 y 80 % de abertura, esto fue según método observado, pues calculando con datos experimentales cuando la llave se encuentra abierto en un 60% este se encuentra en régimen de transición.  Para tener un flujo turbulento debemos tener más volumen de agua.  Según los datos obtenidos vemos que obtenemos un flujo laminar y de transición.

13 | P á g i n a UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO/E.P. INGENIERIA ELECTRICA