Práctica Número de Reynolds

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÌA QUÌMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE NÚMERO DE REYNOLDS

PROFESORA: SOFÍA ROMERO VARGAS

ALUMNO: LÓPEZ PALACIOS ALFONSO

EQUIPO: 2

GRUPO: 2IM33

ÍNDICE

 Introducción.

 Objetivos.

 Material utilizado.

 Diagrama de bloques.

 Tabla de datos experimentales.

 Cálculos.

 Tabla de resultados.

 Observaciones y Conclusiones.

INTRODUCCIÓN.

El comportamiento de un fluido en movimiento depende mucho de que el fluido esté o no sometido a la influencia de límites sólidos. Un fluido en movimiento, que no está influenciado por paredes sólidas estacionarias, no está sometido a esfuerzos cortantes, y éstos tampoco existen dentro de él. Reynolds 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 fluido se denomina Turbulento. Si el número de Reynolds es menor o igual a 2100, el flujo se mantienen estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas o capas, que interactúan solo en base a esfuerzos tangenciales, por eso a este flujo de le llama FLUJO LAMINAR. Si el número de Reynolds está entre los valores de 2100 y 4100, la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, es imposible decir que tipo de flujo es. Este régimen se denomina ZONA DE TRANSICIÓN o REGIÓN CRÍTICA. Si en número de Reynolds es mayor a 4100, después de un pequeño tramo inicial con oscilaciones variables, el flujo se dispersa hasta que adquiera un movimiento de torbellino en el que se forma corrientes cruzadas y remolinos, el colorante tiende a difundirse en todo el flujo. A este régimen se le llama FLUJO TURBULENTO.

OBJETIVOS: El alumno reforzará los conocimientos en el estudio del perfil de velocidades, reproduciendo el experimento de Osborne-Reynolds. El alumno observará los diferentes tipos de régimen laminar, de transición y turbulento. El alumno relacionará la velocidad y las propiedades físicas de un fluido.

El alumno calculará el número de Reynolds y con él determinará qué tipo de régimen se presenta en cada caso.

MATERIAL UTILIZADO EN LA PRÁCTICA.     

Aparato del número de Reynolds. Colorante azul de metileno. Probeta de 1 L. Densímetros. Agua.

Válvula de inyección de Inyector

Rebosadero

Depósito de Tornillo de Tober

Válvula de drene Conector de

Tubo de

Tubo visualizador de caudal. Válvula de control de

TANQUE DE ALIMENTACIÓN DE AGUA.

Ingresar al laboratorio con bata y requisitos necesarios. Abrir la válvula del Alimenta aparato azul de el metileno de agua hasta gota a gota que y esté llenoque y empiece observar flujo se a varebosar. formando.

Acercar el material necesario (probeta de 1 a L., azul de metileno, densímetros, etc.) Con el flujo que se depositó en la Coloca una probeta probeta, determinar la de 1 L. a la salida densidad del fluido. de la toma de muestra.

Encender el aparato de número de Reynolds. Verificar que las válvulas estén cerradas. Hacer mismo Alimentar el tanque de procedimiento agua, así 4 veces como más, e irel abriendo alimentar depósito cada vez más la de tinta con azul de válvula de caudal. metileno.

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES.

Experimento

Volumen (L)

Tv (s)

ᵖr (-)

T (°C)

tµ (s)

1

1

171.43

1.019

20

97.26

2

1

112.18

1.019

20

98.69

3

1

55

1

20

97.63

4

1

29.60

1.019

20

98.55

5

1

15.48

1

20

39.60

CÁLCULOS Experimento 1. mm2 2 s

K= 0.009026

ᵖref=H2O a 20°C= 0.9982 g/mL D=10mm=0.01m Cálculo del Gasto volumétrico…..1 Gv=

V t

0.001m3 m3 =0.000006 171.43 s s

=

Cálculo del área del tubo…..2 2

2

π (D) Atubo= 4

=

π ( 0.01m) 2 =0.000079m 4

Cálculo de la velocidad del flujo…..3 Gv V= Atubo

3

=

m s 2 0.000079 m

0.000006

= 0.075949

m s

Cálculo de la densidad del fluido…..4 ρ= ρr∗ρref

= (1.019*0.9982)g/mL= 1.01717 g/mL= 1,017.17 Kg/m 3

Cálculo de la densidad cinemática…..5 v =t μ∗k

mm2 = 97.26s*0.009026 s 2

mm2 =0.877869 s *

m2 s m2 =0.000000877869 s mm2 10 6 s 1

Cálculo de la viscosidad cinemática…..6 m2 Kg = 0.000000877869 s ∗1,017.17 m3

μ=v∗ρ fluido

= 0.000893 Kg/m.s

Cálculo del número de Reynolds…..7

ℜ=

ρ fluido∗Velovida d∗Diámetro μ

1017.17

=

Kg m ∗0.075949 ∗0.01 m 3 s m Kg 0.000893 m. s

Laminar.

Experimento 2. mm2 s2

K= 0.009026

ᵖref=H2O a 20°C= 0.9982 g/mL D=10mm=0.01m Cálculo del Gasto volumétrico…..1 Gv=

V t

=

0.001m3 m3 =0.000009 112.18 s s

= 865.096 Flujo

Cálculo del área del tubo…..2 2

Atubo=

2

π (D) 4

=

π ( 0.01m) 2 =0.000079m 4

Cálculo de la velocidad del flujo…..3 Gv V= Atubo

3

=

m s 2 0.000079 m

0.000009

= 0.113924

m s

Cálculo de la densidad del fluido…..4 ρ= ρr∗ρref

= (1.019*0.9982)g/mL= 1.01717 g/mL= 1,017.17 Kg/m 3

Cálculo de la densidad cinemática…..5 v =t μ∗k

mm2 = 98.69s*0.009026 s 2

2

mm =0.890776 s

*

2

m 2 s m =0.00000089077 2 s 6 mm 10 s 1

Cálculo de la viscosidad cinemática…..6 μ=v∗ρ fluido

2

m Kg = 0.00000089077 s ∗1,017.17 m3

= 0.000906 Kg/m.s

Cálculo del número de Reynolds…..7

ℜ=

ρ f luido∗Velovidad∗Diámetro μ

Laminar.

1017.17 =

Kg m ∗0.113924 ∗0.01 m 3 s m Kg 0.000906 m.s

= 1279.03 Flujo

Experimento 3. mm2 s2

K= 0.009026

ᵖref=H2O a 20°C= 0.9982 g/mL D=10mm=0.01m Cálculo del Gasto volumétrico…..1 Gv=

V t

3

3

0.001m m =0.000018 55 s s

=

Cálculo del área del tubo…..2 2

2

π (D) Atubo= 4

=

π ( 0.01m) =0.000079m 2 4

Cálculo de la velocidad del flujo…..3 Gv V= Atubo

=

m3 s 0.000079 m2

0.000018

= 0.227848

m s

Cálculo de la densidad del fluido…..4 ρ= ρr∗ρref

= (1.0*0.9982)g/mL= 0.9982 g/mL= 998.2 Kg/m 3

Cálculo de la densidad cinemática…..5 v =t μ∗k

mm2 = 97.63s*0.009026 s 2

2

mm =0.881208 s

m2 s m2 =0.000000881208 s mm2 10 6 s 1

Cálculo de la viscosidad cinemática…..6

*

2

m Kg = 0.000000881208 s ∗998.2 m3

μ=v∗ρ fluido

= 0.00088 Kg/m.s

Cálculo del número de Reynolds…..7

ℜ=

998.2

ρ fluido∗Velovidad∗Diámetro μ

=

Kg m ∗0.227848 ∗0.01 m 3 s m Kg 0.00088 m. s

transición o región crítica.

Experimento 4. mm2 s2

K= 0.009026

ᵖref=H2O a 20°C= 0.9982 g/mL D=10mm=0.01m Cálculo del Gasto volumétrico…..1 Gv=

V t

0.001m3 m3 =0.000034 29.60 s s

=

Cálculo del área del tubo…..2 Atubo=

π (D)2 4

=

π ( 0.01m)2 =0.000079m 2 4

Cálculo de la velocidad del flujo…..3 Gv V= Atubo

=

m3 s 0.000079 m2

0.000034

= 0.43038

Cálculo de la densidad del fluido…..4

m s

= 2584.52 Zona de

ρ= ρr∗ρref

= (1.019*0.9982)g/mL= 1.01717 g/mL= 1,017.17 Kg/m 3

Cálculo de la densidad cinemática…..5 v =t μ∗k

mm2 = 98.55s*0.009026 s 2

mm2 =0.889512 s *

m2 1 2 s m =0.000000889512 2 s mm 10 6 s Cálculo de la viscosidad cinemática…..6 m2 Kg = 0.000000889512 s ∗1,017.17 m3

μ=v∗ρ fluido

= 0.000905 Kg/m.s

Cálculo del número de Reynolds…..7

ℜ=

ρ fluido∗Velovidad∗Diámetro μ

1017.17

=

Turbulento.

Experimento 5

K= 0.009026

mm2 2 s

ᵖref=H2O a 20°C= 0.9982 g/mL D=10mm=0.01m Cálculo del Gasto volumétrico…..1

Kg m ∗0.43038 ∗0.01 m 3 s m Kg 0.000905 m.s

= 4837.23 Flujo

Gv=

V t

3

3

0.001m m =0.000065 15.48 s s

=

Cálculo del área del tubo…..2 2

2

π (D) Atubo= 4

=

π ( 0.01m) 2 =0.000079m 4

Cálculo de la velocidad del flujo…..3 Gv V= Atubo

3

=

m s 2 0.000079 m

0.000065

= 0.822785

m s

Cálculo de la densidad del fluido…..4 ρ= ρr∗ρref

= (1.0*0.9982)g/mL= 0.9982 g/mL= 998.2 Kg/m 3

Cálculo de la densidad cinemática…..5 v =t μ∗k

mm2 = 39.60s*0.009026 s 2

mm2 =0.35743 s *

m2 s m2 =0.00000036743 2 s mm 10 6 s 1

Cálculo de la viscosidad cinemática…..6 μ=v∗ρ fluido

m2 Kg = 0.00000036743 s ∗998.2 m3

Cálculo del número de Reynolds…..7

= 0.000367 Kg/m.s

ℜ=

ρ fluido∗Velovidad∗Diámetro μ

998.2

=

Kg m ∗0.822785 ∗0.01 m 3 s m Kg 0.000367 m. s

= 22378.9 Flujo

Turbulento.

TABLA DE RESULTADOS Experiment o 1 2 3 4 5

Gv V (m/s) Pfluido V µ (Pa.s) (m3/s) (Kg/m3) (mm2/s) 0.000006 0.075949 1,017.17 0.877869 8.93x104 0.000009 0.113924 1,017.17 0.890776 9.06x104 0.000018 0.227848 998.2 0.881208 8.8x10-4

Tipo de flujo Laminar Laminar

Zona de Transición 0.000034 0.43038 1,017.17 0.889512 9.06x10- Turbulento 4 0.000065 0.822785 998.2 0.35743 3.67x10- Turbulento 4

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.

Flujo Laminar, flujo ordenado y lento.

Flujo turbulento, flujo desordenado.

Flujo en transición. Partes de laminar y turbulento.

Al realizar el experimento del Número de Reynolds, se debe de tener precauciones al iniciar ya que tenemos que tener en cuenta si están cerradas las válvulas que va del tanque de alimentación al aparato, Si está lleno el tanque con agua, que no haya fugas, que no esté tapado el inyector del azul de metileno, para poder así proceder a nuestra experimentación.

Podemos concluir que visualizamos los diferentes tipos de flujos con éxito, diferenciando el flujo laminar que es un flujo ordenado y lento, flujo turbulento que es flujo desordenado y rápido, y flujo transicional que tiene características del laminar y turbulento. Obtuvimos valores de dicho número de Reynolds y de acuerdo a lo teórico, conforme a los valores afirmamos de que flujo de trataba ya que los resultados obtenidos coinciden con las observaciones realizadas, donde una delgada línea de la sustancia denotaba un flujo laminar y un movimiento acelerado y desordenado indicaba un flujo turbulento. Observamos que al aumentar la velocidad del flujo iba pasando de un régimen laminar a un régimen turbulento y como consecuencia de ello, aumentaba el número de Reynolds.