UNIVERSIDAD DE LA SERENA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA ÁREA DE TERMOFLUIDOS – MECÁNICA DE FLUIDOS I
Informe de Laboratorio N°2: Número de Reynolds Mecánica de Fluidos [L-5] Sebastian A. Jimenez Segobia
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Resumen En esta segunda experiencia, mediante el experimento de Osborne-Reynolds observaremos los diferentes tipos de régimen (laminar, transitorio y turbulento) así como calcular el número de Reynolds y así mismo determinar el régimen del fluido. Podemos mencionar también que en el siguiente informe se analizarán los datos obtenidos en el laboratorio y en el calculo hecho a partir de las ecuaciones y relaciones aprendidas en clases de teoria. Denotando que las mediciones y supuestos realizados en la experiencia de laboratorio se condicen casi totalmente con los resultados obtenidos en presente informe, esot ya que, el regimen que se supuso laminar en la experiencia de laboratorio efectivamente correspondia a este, asi como el flujo turbulento. Solo existieron algunas pequeñas variaciones en lo que se refiere al regimen transitorio, el cual como se menciono en el propio laboratorio, podia estar levemente fuera del rango ideal. A su vez podemor recalcar que todo lo mencionado anteriormente se podra observar de mejor manera en los graficos incluidos en el presente informe, los cuales relacionan Re vs Vm, Re vs f y Re vs τ.
Introducción El número de Reynolds es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Éste número relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo para poder considerarlo laminar o turbulento. En la siguiente experiencia se busca teóricamente los números de Reynolds para clasificar los flujos observados en laboratorio y sacar con ellos su respectivo coeficiente de fricción y esfuerzo de corte.
Objetivos El objetivo principal de la realizacion de este laboratorio es aprender y visualizar de manera practica la variacion que puede tener un flujo de un fluido cuando se varia el caudal de éste, de tal manera que nos permita aplicar los conocimientos adquiridos en las clases teoricas para realizar los calculos presentados en el presente informe, y asi corroborar lo visualizado, en este caso los tipos de flujos, tanto laminar, de transcision y Turbulento.
Revision Bibliografica Libro de mecánica de Fluidos: Frank W. White Libro de mecánica de Fluidos: Merle C. Potter & David C. Wiggert http://www.fisicanet.com.ar/fisica/dina mica_fluidos/ap01_hidrodinamica.php (consultada 06/10)
http://www.buenastareas.com/ensayos /Reynolds/2189362.html (consultada 06/10)
Recopilación De Interés Flujos viscosos: movimiento laminar y turbulento. Los primeros experimentos cuidadosamente documentados del rozamiento en flujos de baja velocidad a través de tuberías fueron realizados independientemente por Poiseuille y por Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen. El primer intento de incluir los efectos de la viscosidad en las ecuaciones matemáticas se debió a Navier e, independientemente, a Sir George Gabriel Stokes, quien perfeccionó las ecuaciones básicas para los fluidos viscosos incompresibles. Actualmente se las conoce como ecuaciones de NavierStokes, y son tan complejas que sólo se pueden aplicar a flujos sencillos. Uno de ellos es el de un fluido real que circula a través de una tubería recta. El teorema de Bernoulli no se puede aplicar aquí, porque parte de la energía mecánica total se disipa como consecuencia del rozamiento viscoso, lo que provoca una caída de presión a lo largo de la tubería. Las ecuaciones sugieren que, dados una tubería y un fluido determinados, esta caída de presión debería ser proporcional a la velocidad de flujo. Los experimentos demostraron que esto sólo era cierto para velocidades bajas; para velocidades mayores, la caída de presión era más bien proporcional al cuadrado de la velocidad.
Este problema se resolvió cuando Reynolds demostró la existencia de dos tipos de flujo viscoso en tuberías. A velocidades bajas, las partículas del fluido siguen las líneas de corriente (flujo laminar), y los resultados experimentales coinciden con las predicciones analíticas. A velocidades más elevadas, surgen fluctuaciones en la velocidad del flujo, o remolinos (flujo turbulento), en una forma que ni siquiera en la actualidad se puede predecir completamente. Reynolds también determinó que la transición del flujo laminar al turbulento era función de un único parámetro, que desde entonces se conoce como número de Reynolds. Si el número de Reynolds (que carece de dimensiones y es el producto de la velocidad, la densidad del fluido y el diámetro de la tubería dividido entre la viscosidad del fluido) es menor de 2.000, el flujo a través de la tubería es siempre laminar; cuando los valores son mayores a 3000 el flujo es turbulento. El concepto de número de Reynolds es esencial para gran parte de la moderna mecánica de fluidos. Los flujos turbulentos no se pueden evaluar exclusivamente a partir de las predicciones calculadas, y su análisis depende de una combinación de datos experimentales y modelos matemáticos; gran parte de la investigación moderna en mecánica de fluidos está dedicada a una mejor formulación de la turbulencia. Puede observarse la transición del flujo laminar al turbulento y la complejidad del flujo turbulento cuando el humo de un cigarrillo asciende en aire muy tranquilo. Al principio, sube con un movimiento laminar a lo largo de líneas de corriente, pero al cabo de cierta distancia se hace
inestable y se forma un sistema de remolinos entrelazados.
Marco Teórico Número de Reynolds: Reynolds (1874) estudió las características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluía por una tube: ría. 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. Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de Reynolds viene dado por:
o equivalentemente por: densidad del fluido : Velocidad característica del fluido : Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema : Viscosidad dinámica del fluido : Viscosidad cinemática del fluido
Este número es adimensional y puede utilizarse para definir las características del flujo dentro de una tubería.
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Para valores de Re
