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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS PRACTICA N° - 1

CUBA DE REYNOLDS Docente:  ING. SAGASTEGUI PLASENCIA, FIDEL  MSC. ING. TULIA JAVE G. Integrantes:

 CUBAS CHAVARRY, SOFIA  HUAMAN BAZAN, SMITH  LAIZA TERAN, JEAN  LEDESMA TATAJE, FRANK  SALDAÑA MENDOCILLA, PAOLO  VASQUEZ MESA CRISTIAN GUSTAVO Horario:

Jueves: 4:10 – 5:55 Fecha de presentación: JUEVES 28 DE ABRIL.

Trujillo – 2019 MSC. Ing. Tulia Jave G.

Ing German Sagastegui P.

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MSC. Ing. Tulia Jave G.

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CUBA DE REYNOLDS: I.

II.

INTRODUCCIÓN Es importante como ingenieros predecir, conocer y manejar el flujo de los fluidos para lograr adecuarlos a la operación que se requiera, esto nos permitirá estudiarlos detalladamente y determinar el tipo de flujo: laminar u turbulento. Para que el flujo pueda ser laminar o turbulento tiene que ver con una pequeña alteración del flujo, considerando una perturbación al vector velocidad, cuando una perturbación afecta a una partícula este tiene dos alternativas: Incrementar solo en el sentido del flujo, en este caso el patrón del flujo al que pertenece la partícula es laminar por lo tanto no existe componentes en la dirección transversal que haga que las partículas se mezcle con las partículas colindantes; pero si la perturbación afecta al vector velocidad de modo que tenga una componente normal a la dirección del flujo, la partícula inevitablemente se mezclará con el resto del fluido denominándose flujo turbulento. FUNDAMENTO TEORICO FLUIDO. - Un fluido es una sustancia que cede inmediatamente a cualquier fuerza que tiende a alterar su forma, con lo que fluye y se adapta a la forma del recipiente que lo contiene. CAUDAL. – Es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo, se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada por unidad de tiempo.

CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS

EL FLUJO DE LOS FLUIDOS PUEDE CLASIFICARSE EN: 

FLUJO LAMINAR. - En el flujo laminar el gradiente de velocidades es diferente de cero, el perfil de velocidad es una cuerva de forma suave y el fluido se mueve a lo largo de líneas de corriente de aspecto aislado. El flujo se denomina laminar porque aparece como una serie de capas delgadas de fluido (láminas) que se deslizan sobre otras. En el flujo laminar las partículas de fluidos se mueven a lo largo de líneas de corriente fijas y no se desplazan de una a otra. *La viscosidad del fluido es la magnitud predominante y su acción amortigua cualquier tendencia a la tubería.



FLUJO TRANSICIONAL. - El flujo laminar se transforma en turbulento en un proceso conocido como transición, a medida que asciende el flujo laminar se convierte en inestable por mecanismos que no se comprendan en su totalidad, estas inestabilidades crecen y el flujo se torna turbulento.

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

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FLUJO TURBULENTO. - Es el movimiento desordenado de un fluido, se caracteriza por fluctuaciones al azar en la velocidad del fluido y por un mezclado intenso. El patrón desordenado de burbujas cercanas a la parte inferior de la pared del canal es el resultado del mezclado del flujo turbulento en esa zona. * Es imposible conocer la trayectoria de la partícula individualmente.

NUMERO DE REYNOLDS: El número de Reynolds (Re). – Es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Este número recibe su nombre en honor de Osborne Reynolds (1842 – 1912), quien lo descubrió en 1883. Para Re = 2300 máx. Para un flujo laminar en una tubería, la mayoría de las situaciones de ingeniería pueden considerarse como “no perturbadas”, aunque en el laboratorio no es posible obtener un flujo laminar a número de Reynolds más elevados. Para RE 4000 mínimo para el flujo turbulento estable en una tubería, este tipo de flujo se da en la mayoría de aplicaciones de ingeniería.

D= Diámetro del Tubo V= Velocidad del fluido Ρ= Densidad del fluido U= Viscosidad del fluido Osborne Reynolds (1842 – 1912)

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III.

OBJETIVOS  

IV.

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Visualizar el flujo laminar y el flujo turbulento y diferenciarlos. Determinar la medición del número de Reynolds para los diferentes flujos mediante tres parámetros: velocidad, diámetro y viscosidad.

MATERIALES Y EQUIPOS

MATERIALES Y EQUIPOS

DATOS

Colorante

Fluoresceína

IMÁGENES

Agua Potable

Probetas Graduadas

Cuba de Reynolds

Termómetro

error: ± 0.01°C

Cronómetro

precisión: 0.01 s

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V.

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PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO

1) Llenamos la cuba de Reynolds con agua potable, abriendo las válvulas de control y manteniendo la válvula abierta, esperando a que cese cualquier clase de movimiento manteniendo el mismo nivel.

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2) Esperamos un tiempo prudente hasta que se estabilice el flujo, hasta que la superficie esta lo más horizontal y tranquila posible.

3) Vertimos el colorante y abrimos la válvula del inyector del colorante para después observar su comportamiento.

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4) Medimos la temperatura del fluido del recipiente.

5) Regulamos el caudal de agua hasta observar la corriente de tinta moviéndose a modo de una línea recta o como hilo colorecido a lo largo de la tubería demostrando que el flujo es laminar.

6) Realizamos las mediciones a la salida del tubo de vidrio para medir el volumen Vo en un tiempo t y así obtener el caudal de un fluido laminar.

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7) Nuevamente se reguló el caudal de agua hasta observar la corriente de tinta moviéndose caóticamente y sin forma definida, a lo largo de la tubería demostrando que el flujo es turbulento.

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8) Realizamos las mediciones a la salida del tubo de vidrio para medir el volumen Vo en un tiempo t y así obtener el caudal del fluido turbulento.

9) Calculamos el caudal y despejamos la velocidad para aplicar la fórmula con la que determinamos el número de Reynolds.

10) Realizamos un promedio de 5 veces este procedimiento para cada uno de los flujos.

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VI.

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CALCULOS Y RESULTADOS CUADRO N°1: DATOS INICIALES DE LA CUBA DE REYNOLDS DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

Diámetro de la válvula

11 x 10-3

m

Volumen inicial

0.002

m3

Viscosidad

0.9 x 10-6

m2/s

1. CÁLCULOS: Formulas: 𝑄=

𝑉 𝑇

𝜇 𝜌𝑣𝐷 𝑣𝐷 → 𝑅𝑒 = = 𝜌 𝜇 𝛾 𝑉 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑣 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝛾 = 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑖𝑛𝑒𝑚á𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐷 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑

𝑄 =𝑣∗𝐴

𝑄 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑇 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐴 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝜇 = 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑅𝑒 = 𝑁° 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑖𝑛𝑜𝑙 1.1. Cálculos del flujo laminar:

T = 24.5°C

𝛾=

𝛾 = 0.9 ∗ 10−6

𝑘𝑔 𝑚∗𝑠

1.1.1. TIEMPO N° 1 = 52.32 𝑄=

0.002 = 3.823 x 10−5 52.32

𝑚3 𝑠

3.823 ∗ 10−5 = 𝑣 ∗ 𝐴 → 𝑣 =

3.823 ∗ 10−5 𝑚 = 0.405 −3 2 𝜋(11 ∗ 10 ) 𝑠 4

0.402 ∗ 11 ∗ 10−3 𝑅𝑒 = = 4916.287 0.9 ∗ 10−6 1.1.2. TIEMPO N° 2 = 54.62 𝑄=

0.002 = 3.662 x 10−5 54.62

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𝑚3 𝑠

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−5

3.662 ∗ 10

𝑅𝑒 =

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3.662 ∗ 10−5 𝑚 =𝑣∗𝐴 → 𝑣 = = 0.385 −3 2 𝜋(11 ∗ 10 ) 𝑠 4

0.385 ∗ 11 ∗ 10−3 = 4709.266 0.9 ∗ 10−6

1.1.3. TIEMPO N° 3 = 57.34 0.002 𝑄= = 3.488 x 10−5 57.34

𝑚3 𝑠

3.488 ∗ 10−5 = 𝑣 ∗ 𝐴 → 𝑣 =

𝑅𝑒 =

3.488 ∗ 10−5 𝑚 = 0.367 −3 2 𝜋(11 ∗ 10 ) 𝑠 4

0.367 ∗ 11 ∗ 10−3 = 4485.876 0.9 ∗ 10−6

VI.1.1.1. TIEMPO N° 4 = 59.00 𝑄=

0.002 = 3.390 x 10−5 59.00

𝑚3 𝑠

3.390 ∗ 10−5 = 𝑣 ∗ 𝐴 → 𝑣 =

3.390 ∗ 10−5 𝑚 = 0.357 −3 2 𝜋(11 ∗ 10 ) 𝑠 4

0.357 ∗ 11 ∗ 10−3 𝑅𝑒 = = 4359.663 0.9 ∗ 10−6 1.1.4. TIEMPO N° 5 = 59.88 𝑄=

0.002 = 3.340 x 10−5 59.88 −5

3.340 ∗ 10

𝑚3 𝑠

3.340 ∗ 10−5 𝑚 =𝑣∗𝐴 → 𝑣 = = 0.351 −3 2 𝜋(11 ∗ 10 ) 𝑠 4

0.351 ∗ 11 ∗ 10−3 𝑅𝑒 = = 4295.593 0.9 ∗ 10−6

1.2. Cálculos del flujo laminar:

T = 24.5°C

𝛾 = 0.9 ∗ 10−6

𝑘𝑔 𝑚∗𝑠

1.2.1. TIEMPO N° 1 = 18.22

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0.002 𝑄= = 1.098 x 10−4 18.22 −4

1.098 ∗ 10

𝑅𝑒 =

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𝑚3 𝑠

1.098 x 10−4 𝑚 =𝑣∗𝐴 → 𝑣 = = 1.155 −3 2 𝜋(11 ∗ 10 ) 𝑠 4

1.155 ∗ 11 ∗ 10−3 = 14117.459 0.9 ∗ 10−6

1.2.2. TIEMPO N° 2 = 18.26 0.002 𝑄= = 1.095 x 10−4 18.26 −4

1.095 ∗ 10

𝑚3 𝑠

1.095x 10−4 𝑚 =𝑣∗𝐴 → 𝑣 = = 1.153 𝜋(11 ∗ 10−3 )2 𝑠 4

1.153 ∗ 11 ∗ 10−3 𝑅𝑒 = = 14086.534 0.9 ∗ 10−6 1.2.3. TIEMPO N° 3 = 17.99 0.002 𝑄= = 1.112 x 10−4 17.99 −4

1.112 ∗ 10

𝑚3 𝑠

1.112 x 10−4 𝑚 =𝑣∗𝐴 → 𝑣 = = 1.170 𝜋(11 ∗ 10−3 )2 𝑠 4

1.170 ∗ 11 ∗ 10−3 𝑅𝑒 = = 14297.959 0.9 ∗ 10−6 1.2.4. TIEMPO N° 4 = 18.36 0.002 𝑄= = 1.0.89 x 10−4 18.36 −4

1.089 ∗ 10

𝑚3 𝑠

1.089x 10−4 𝑚 =𝑣∗𝐴 → 𝑣 = = 1.146 𝜋(11 ∗ 10−3 )2 𝑠 4

1.146 ∗ 11 ∗ 10−3 𝑅𝑒 = = 14009.810 0.9 ∗ 10−6 1.2.5. TIEMPO N° 5 = 18.31

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0.002 𝑄= = 1.092 x 10−4 18.31 −4

1.092 ∗ 10

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𝑚3 𝑠

1.092 x 10−4 𝑚 =𝑣∗𝐴 → 𝑣 = = 1.149 𝜋(11 ∗ 10−3 )2 𝑠 4

1.149 ∗ 11 ∗ 10−3 𝑅𝑒 = = 14048.067 0.9 ∗ 10−6

2. RESULTADOS

CUADRO N°1: RESULTADOS DE FLUJO LAMINAR

N°

Temp. (°C)

Viscosidad (Stokes)

Volumen (m3)

Tiempo (s)

Caudal (m3/s)

Velocidad (m/s)

N° REYNOLDS

Tipo de Flujo

1

24.5

0.9 x 10-6

0.002

52.32

3.823 x10-5

0.402

4916.287

Laminar

2

24.5

0.9 x 10-6

0.002

54.62

3.662 x10-5

0.385

4709.266

Laminar

3

24.5

0.9 x 10-6

0.002

57.34

3.488 x10-5

0.367

4485.876

Laminar

4

24.5

0.9 x 10-6

0.002

59.00

3.390 x10-5

0.357

4359.663

Laminar

5

24.5

0.9 x 10-6

0.002

59.88

3.340 x10-5

0.351

4295.593

Laminar

PROMEDIO

4553.337

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CUADRO N°2: RESULTADOS DE FLUJO TURBULENTO

N°

Temp. (°C)

Viscosidad (Stokes)

Volumen (m3)

Tiempo (s)

Caudal (m3/s)

Velocidad (m/s)

N° REYNOLDS

Tipo de Flujo

1

24.5

0.9 x 10-6

0.002

18.22

1.098 x10-4

1.155

14117.459

Turbulento

2

24.5

0.9 x 10-6

0.002

18.26

1.095 x10-4

1.153

14086.534

Turbulento

3

24.5

0.9 x 10-6

0.002

17.99

1.112 x10-4

1.170

14297.949

Turbulento

4

24.5

0.9 x 10-6

0.002

18.36

1.089 x10-4

1.146

14009.810

Turbulento

5

24.5

0.9 x 10-6

0.002

18.31

1.092 x10-4

1.149

14048.067

Turbulento

PROMEDIO

14111.964

VII.

DISCUSIÓN La inyección de tinta en espacios anulares permite determinar el flujo que provoca la transición a la turbulencia de tal manera que las líneas de flujo son perfectamente paralelas en el medio del espacio anular, teniendo en cuenta que la aguja inyectora de la instalación presentada estaba ubicada geométricamente en el centro de entre los tubos.

VIII.

CONCLUSIONES    

IX.

Se observo que a medida se abría la válvula de control de la salida de agua aumentaba el caudal y por tanto el número de Reynolds. Se pudo distinguir con claridad el flujo laminar (flujo ordenado, lento) del flujo turbulento (flujo desordenado, rápido). Se comprobó que la turbulencia iba en aumento a medida que el caudal crecía. Se determinó el Número de Reynolds crítico, que nos delimita el cambio de un flujo en estado laminar al estado turbulento.

BIBLIOGRAFIA 

Díaz Córdova Zoila. “MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO”. una 1998.



Robert L. Mott, “MECANICA DE FLUIDOS”. sexta edición.



Antonio Valiente Barderas, “PROBLEMA DE FLUJO DE FLUIDOS”.



Mataix Claudio, “MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS”. Editorial.

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