Mecanica de Fluidos Numero de Raynolds

Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica. Laboratorio Mecánica de fluidos

Laboratorio N°2: Experiencia E931 “Orificio en pared delgada”

Gabriel Reyes Navarro. Asignatura: Laboratorio Mecánica de fluidos. Profesor: Iván Gallardo.

- Santiago, 18 de Junio de 2014 1

Índice:

Resumen………………………………………………………………..3 Objetivos…………………………………………………………...…..3 Características Técnicas de los Equipos e Instrumentos…………....4 Desarrollo de la experiencia…………………………………………..6 Presentación de resultados……………………………………….…...7 Discusión de los Resultados……………………………………….….12 Cálculos y relaciones matemáticas…………………………………..13 Referencias……………………………………………………………14

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Resumen: En el presente informe se expondrá sobre la experiencia E931 del departamento de mecánica de la asignatura de mecánica de fluidos correspondiente a “visualización de flujos” específicamente al número de Reynolds que específicamente caracteriza los tipos de flujos dependiendo de acuerdo a un número adimensional llamado “Numero de Reynolds” que divide los flujos en laminar, turbulento, y de transición. Para esto necesitaremos del equipo en el laboratorio sector norte de la universidad llamado visualización de flujos además de una probeta un cronometro y permanganato.

Objetivos: General: 

Observar y evaluar el tipo de flujo, de acuerdo a si es laminar, transición ó turbulento.

Específico: 

Comparar el valor teórico de Reynolds para cada tipo de flujo con lo observado de acuerdo a los datos obtenidos

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Características Técnicas de los Equipos e Instrumentos Empleados:

Equipo de Reynolds. El equipo de Reynolds consiste básicamente de un estanque en el cual se mantienen una columna de agua constante mediante una llave de paso este a su vez en su parte inferior contiene una cañería que en este caso tiene un diámetro de 32 mm además de una llave que regula el caudal de salida del sistema. Finalmente se utiliza un dispositivo que se encuentra dónde empieza la cañería su función es administrar permanganato potásico el cual es utilizado como agente dentro del equipo de Reynolds para caracterizar el tipo de flujo

Probeta: La probeta es un instrumento volumétrico que consiste en un cilindro graduado de vidrio que permite contener líquidos y sirve para medir volúmenes de forma aproximada que en este caso estará graduada hasta 2 litros.

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Cronometro: El cronómetro es un reloj o una función de reloj utilizada para medir fracciones temporales, normalmente breves y precisas

Llave de paso: es un dispositivo, generalmente de metal, usado para dar paso o cortar el flujo de agua u otro fluido por una tubería o conducción en la que está inserto. Esta se ocupa para mantener un flujo constante dentro del recipiente.

Termómetro: El termómetro es un instrumento de medición de temperatura de preferencia digital así uno tiene mayor precisión en la lectura de la temperatura del agua.

Desarrollo de la experiencia: En un principio se verifica que la llave de paso de la cañería este cerrada además de que el dispositivo que suministra el permanganato potásico contenga este elemento posterior a esto llenamos el contenedor con agua a una altura deseada posterior a esto necesitaremos una probeta y un cronometro. Posterior a esto se necesitan 3 personas una para que regule el caudal de salida de la cañería y además mida con la probeta un volumen de agua que cae a esta en un periodo de tiempo otra persona que con el cronometro lleve el control de este tiempo además de una persona que se encargue de anotar los datos obtenidos

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Primero abrimos la llave de paso de la cañería con lo cual va a fluir agua por esta la primera abertura debe ser mínima posterior a esto se debe medir el caudal de la cañería con lo cual necesitaremos de la probeta y el cronometro esto se deberá realizar midiendo una cantidad de volumen de agua que entra a la probeta en un cierto periodo de tiempo y eso se anota en una tabla tanto el volumen como el tiempo que transcurrió hasta que se llegara a ese volumen posterior a esto se debe abrir un poco más la llave siempre con un mínimo giro de esta debido a que se quiere observar las diferentes características que adopta un flujo de acuerdo a como los caracterizo Reynolds se deben tomar aproximadamente 15 a 20 datos pero además de esto se debe ir abriendo la llave como también hay que tomar datos cerrándola es decir ir desde un flujo laminar a un flujo turbulento y devuelta de un flujo turbulento a un laminar.

Presentación de resultados: Parámetros ambientales y propios del líquido    

Temperatura del agua: 12.1(°C). Diámetro cañería: 32 (mm). Viscosidad cinemática: 0.001236. Densidad del agua: 999.58 kg/m3

Tabla N°1 de datos obtenida experimentalmente: Ensayo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Volumen (ml) 300 420 320 400 520 560 640 660 740 940 600 700 575 780 560 420 280

t (s) 16.450 19.326 11.805 10.872 12.200 11.910 11.008 9.602 8.525 9.176 5.082 6.200 6.034 10.842 9.451 8.325 8.038

Flujo laminar laminar laminar laminar laminar laminar transicion transicion turbulento turbulento turbulento turbulento turbulento transicion transicion laminar laminar

Qo (m3/s) 1.824E-05 2.173E-05 2.711E-05 3.679E-05 4.262E-05 4.702E-05 5.814E-05 6.874E-05 8.680E-05 1.024E-04 1.181E-04 1.129E-04 9.529E-05 7.194E-05 5.925E-05 5.045E-05 3.483E-05

Vo (m/s) 0.02268 0.02702 0.03370 0.04575 0.05300 0.05846 0.07229 0.08547 0.10793 0.12738 0.14680 0.14038 0.11849 0.08945 0.07368 0.06273 0.04331

N° de Reynolds 586.8331 699.3049 872.2545 1183.8857 1371.5219 1512.9880 1870.8147 2211.7776 2793.1648 3296.3527 3799.0571 3633.0015 3066.3503 2314.9650 1906.6435 1623.3953 1120.9062

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Discusión de los Resultados: se lograron los objetivos debido a que los flujos pudieron ser visualizados en plenitud debido al permanganato potásico que era arrastrado por la trayectoria que presentaba el interior de la tubería que de acuerdo al caudal variaba recordemos que Reynolds depende únicamente para este caso de la velocidad debido a que se considera una temperatura constante y por ende una viscosidad dinámica constante al igual que la densidad y el diámetro de la tubería también es constante por ende el número de Reynolds es directamente proporcional a la velocidad y como sabemos que caudal y velocidad son directamente proporcionales el número de Reynolds va a depender directamente del caudal y se puede observar claramente que cuando variamos el caudal de la cañería aumentándolo Reynolds también lo hace por lo tanto a medida que lo aumentamos aumentara también la turbulencia de este. Lo que sí se puede discutir claramente es la zona de transición que en los libros aparece como un número pero en este caso queda plasmado que debería ser un intervalo que varía éntrelos 1800 y 2400 se deberían hacer más ensayos en las zonas en que queda duda para hacer una determinación con mayor precisión. Además de esto se puede concluir los rangos donde se presentan los flujos 0