Informe 3 Perfiles de Velocidad en Tuberías

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA QUÍMICA, INGENIERÍA AMBIENTAL, INGENIERÍA DE ALIMENTOS e INGENIERÍA PETROQUÍMICA LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE PRQ – 612

INFORME N°3 PERFILES DE VELOCIDAD EN TUBERÍAS NOMBRE: Claros Velásquez Richard CARRERA: Ingeniería Ambiental DOCENTE: Ing. Esperanza del Carmen Díaz García FECHA DE REALIZACIÓN: 15 de octubre de 2021 FECHA DE PRESENTACIÓN: 28 de octubre de 2021 SEMESTRE: II-2021 LA PAZ – BOLIVIA

INFORME N°3 PERFILES DE VELOCIDAD EN TUBERÍAS 1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL  Determinar el tipo de flujo con el número de Reynolds. 1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO  Identificar los distintos tipos régimen hidráulico en tuberías.  Reproducir el experimento de Reynolds.  Clasificar el flujo como laminar turbulento o de transición. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO 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. 2.1.

El número de Reynolds

Osborne 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 en capas 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 generalizó sus conclusiones sobre introducir un término adimensional, el número de Reynolds, en los experimentos que realizaba:

ECUACIÓN 1

ℜ=

Donde: Re = Número de Reynolds ρ = Densidad del líquido[kg/m3] V = Velocidad media[m/s] D = Diámetro interno del tubo μ = Viscosidad dinámica del fluido [kg/m-s] ν = Viscosidad cinemática del fluido [m2/s]

ρ∗V ∗D V ∗D = μ v

Cálculo de la velocidad media (V) del fluido: Q=

Volumen Velocidad = tiempo Area

Despejando la velocidad Velocidad=

Volumen∗Area tiempo

A = Área = π * R2 = 0.000172[m2]

Representación del flujo turbulento y Laminar 3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL El desarrollo del experimento consiste en los siguientes pasos que se mencionados a continuación: a) 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. b) El agua que sale es almacenada en un recipiente cúbico graduado en litros. c) Medición del tiempo en el cual ingresa un volumen de agua identificable (1L o 1/2L) en el recipiente mencionado anteriormente.

d) Asumir la temperatura del agua igual a 15°C para calcular la viscosidad cinemática del agua en ese momento. e) 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. f) Se repite el mismo procedimiento para flujo laminar y flujo turbulento, pero cada vez incrementado el caudal del agua.

4. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS Propiedades del agua a 15°C. Peso Específico γ [kN/m3] 9.81 4.1.

Densidad ρ [kg/m3] 1000

Viscosidad Dinámica η [Pa-s] 1.15*10-3

Viscosidad cinemática ν [m2/s] 1.15*10-6

Flujo Laminar

A partir de los datos registrados y con la ecuación del caudal tenemos:

Datos promedio:

Volumen tiempo [Lt] [s] 5 17.49 5 10.45 5 9.81 5 9.75 5 10.2

Caudal [Lt/s] 0.286 0.478 0.51 0.513 0.49

Q Promedio Velocidad [m/s] [lt/s] 0.000049 0.106 El número Reynolds para flujo laminar: N° Reynolds

2251 Gráfico

Caudal Vs Tiempo 0.6

Caudal [Lt/s]

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

9

10

11

12

13

14

15

16

Tiempo [seg]

4.2.

Flujo Turbulento

A partir de los datos registrados y con la ecuación del caudal tenemos:

Datos promedio:

Volumen tiempo [Lt] [s] 5 15.86 5 11.23 5 9.3 5 10.35 5 9.67

Caudal [Lt/s] 0.315 0.445 0.538 0.483 0.517

Q Promedio Velocidad [m/s] [lt/s] 0.000057 0.124 El número de Reynolds para flujo turbulento: N° Reynolds 2988

17

18

Gráfico:

Caudal Vs Tiempo 0.6

Caudal [Lt/s]

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

9

10

11

12

13

14

15

16

Tiempo [seg]

5. CONCLUSIONES  Se pudo comprobar los valores obtenidos por Reynolds en el experimento verificándose que los Números de Reynolds establecidos, correspondían a la forma del flujo que se presentaba en la experiencia.  Se pudo distinguir con claridad el flujo laminar, flujo turbulento y flujo de transición, el flujo laminar se caracteriza por ser transparente, en tanto que el turbulento no deja ver a través del flujo de agua.  Se calculó los respectivos números de Reynolds para cada experimento, siendo el primero menor a 2300 por tanto es flujo laminar y para el segundo el resultado fue de 2988 lo que significa que es flujo turbulento.

6. BIBLIOGRAFÍA  Mecánica de Fluidos, Robert L. Mott, 6ta edición, Pearson.  Manual de Laboratorio de Mecánica de Fluidos, Ing. Silva Marco, 2014.