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• Manuel Fernandez

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FACULTAD DE INGENIERÍA ARQUITECTURA Y URBANISMO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL INFORME N° 01

“DEMOSTRACION DEL NUMERO DE REYNOLDS EN FLUJO LAMINAR, TRANSICIONAL Y TURBULENTO” CURSO: ALUMNOS

MECÁNICA DE FLUIDOS II.

Cieza Romero Lesly Anais Dávila Miranda Eder Jesús Fernández Heredia Keymer Izquierdo Pérez Anderson Llanos Dávila Laddy Edith Quiroz Nuñez Daily Yuzaira Sanchéz Chicana Mishel Andrea Vásquez Huamán Frida Melissa CICLO: V

GRUPO:

01

DOCENTE:

ING. GUILLERMO ARRIOLA CARRASCO

PIMENTEL, Mayo del 2015.

Tabla de contenid PERDIDA DE CARGA LOCALES I.OBJETIVOS........................................................................................

OBJETIVO GENERAL:......................................................................... OBJETIVOS ESPECIFICOS:................................................................. II. HIPOTESIS...................................................................................... II. MARCO TEORICO............................................................................. 3.1.Numero de Reynolds................................................................... 3.2.Flujo laminar:.............................................................................. 3.3.Flujo Transicional:....................................................................... 3.4. Flujo Turbulento:........................................................................ IV. EQUIPO A UTILIZAR....................................................................... V. TOMA Y MUESTRA DE DATOS.......................................................... VI. DESARROLLO DEL INFORME:........................................................ VII. RESULTADO................................................................................ VIII. GRAFICO................................................................................... IX. RECOMENDACIONES:.................................................................... X. CONCLUCIONES:............................................................................ XI. ANEXOS........................................................................................ BIBLIOGRAFIA...................................................................................

LABORATORIO N° 01

“VISUALIZACIÓN DE FLUJO LAMINAR, TRANSICIONAL Y TURBULENTO” I. OBJETIVOS: O. GENERAL 

Observar y determinar el régimen laminar, de transición y turbulento en un flujo haciendo uso del equipo de Osborne Reynolds.

O. ESPECIFICO 

Observar a través del Banco Hidráulico, dando proporciones de diferentes caudales, los tipos de flujos, bajo las condiciones de las medidas de los materiales, usados y descritos más adelante del presente.



Calcular el N° de Reynolds a través de los datos obtenidos con la observación del laboratorio.

II. HIPOTESIS:

Si el número de Reynolds es menor a 2000, el flujo será laminar; si éste se encuentra entre 2000 – 4200 estaremos hablando de un flujo transicional, pero si supera los 4200 hablamos de un flujo turbulento. .

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III. MARCO TEORICO:

1. Numero de Reynolds a. ¿Qué es el número de Reynolds? Es un valor que nos ayuda a identificar la naturaleza de un fluido en una tubería, ya sea laminar, transicional o turbulento. b. ¿De cuáles variables depende? Depende de la densidad, velocidad, diámetro o longitud y viscosidad dinámica, en términos de esta; y de la velocidad, diámetro y viscosidad cinemática, en términos de esta. El número de Reynolds (Re) es un numero adimensional utilizado en la 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 describió en 1833. El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerar laminar (número de Reynolds pequeño), transicional (número de Reynolds medio) o turbulento (número de Reynolds grande). Desde un punto de vista matemático el número de Reynolds de un problema o situación concreta se define por medio de la siguiente formula:

ℜ=

ρVsD μ

O equivalente por:

ℜ=

VsD υ

Dónde:     

ρ : Densidad del fluido. Vs: Velocidad característica del fluido. D: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema.

μ : viscosidad dinámica del fluido. υ : viscosidad cinemática del fluido. υ=

μ ρ

Como todo numero adimensional es un cociente, una comparación. En este caso es la relación entre los términos convectivos y los 4 MECANICA DE FLUIDOS II

términos viscosos de las ecuaciones de Navier- Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos.

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Por ejemplo un flujo con un número de Reynolds alrededor de 100.00 (típico en el movimiento de una aeronave pequeña, salvo en zonas próximas a la capa limite expresa que los fuerzas viscosas son 100.00 veces menores que las fuerzas convectivas y por lo tanto aquellas pueden ser ignoradas. Un ejemplo del caso contrario sería un cojinete axial lubricando con un fluido y sometido a una cierta carga. En este caso el número de Reynolds es mucho menor que 1 indicando que ahora las fuerzas dominantes son las viscosas y por lo tanto las convectivas pueden despreciarse. Otro ejemplo: en el análisis del movimiento de fluidos en el interior de conductos proporciona una indicación de la pérdida de carga causada por efectos viscosos. Además el número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento, transicional, laminar en ciertos casos. Por ejemplo en conductos si el número de Reynolds es menor de 2000 el flujo es laminar, si esta entre 2000-4000 transicional y si es mayor de 4000 el flujo es turbulento. El mecanismo y muchas de las razones por las cuales un flujo es laminar transicional o turbulento es todavía hoy objeto de observación.

2. Flujo laminar Es uno de los 3 tipos principales de flujo en fluido. Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando este es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas, o en capas cilíndricas coaxiales como por ejemplo: La glicerina en un tubo de sección circular. Las capas se mesclan entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que el flujo es aerodinámico porque cada partícula del fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. La pérdida de energía es proporcional a la velocidad media. El perfil de velocidades tiene forma de una parábola. Donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo. Se da en fluidos con velocidades bajas o viscosidades altas, cuando se cumple que el número de Reynolds es inferior a 2000. Más allá de este número, será un flujo transicional o turbulento La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar: Esta ley establece la relación existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de deformación angular. La acción de la viscosidad puede amortiguar cualquier tendencia turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar. En situaciones que involucren combinaciones de la baja viscosidad, alta velocidad o grandes caudales, el flujo laminar no es estable, lo que hace que se transforme en flujo turbulento.

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3. Flujo transicional Para valores de 2000 ≤ Re ≤ 4000 la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina flujo transicional.

4. Flujo turbulento En mecánica de fluidos de denomina fluido turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica. Las primeras explicaciones científicas de la formación del flujo turbulento proceden de Andrei Kolmogorov y Lev D. Landau (teoría de Hopf-Landau). Aunque la teoría modernamente aceptada de la turbulencia fue propuesta en 1974 por David Ruelle y Floris Takens

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IV. EQUIPO A UTILIZAR:

BANCO HIDRAULICO FME00 ESPECIFICACIONES ESTRUCTURALES: -

-

Estructura inoxidable. Tornillos, tuercas, chapas y otros elementos metálicos de acero inoxidable. Diagrama en panel frontal con distribución similar a la de los elementos en el equipo real. Conexiones rápidas para adaptación a la fuente hidráulica de alimentación.

A. DATOS TÉCNICOS: -

Banco hidráulico móvil, construido en poliéster reforzado con fibra de vidrio y montado sobre ruedas para moverlo con facilidad. Bomba centrífuga 0,37 KW, 30-80 litros/min, a 20,1-12,8m, monofásica 220V./50Hz o 110V./60Hz. Rodete de acero inoxidable. Capacidad del depósito sumidero: 165 litros. Canal pequeño: 8 litros. Medida de caudal: depósito volumétrico calibrado de 0-7 litros para caudales bajos y de 0-40 litros para caudales altos. Válvula de control para regular el caudal. Probeta cilíndrica y graduada para las mediciones de caudales muy bajos. Canal abierto, cuya parte superior tiene un pequeño escalón y cuya finalidad es la de soportar, durante los ensayos, los diferentes módulos. Válvula de cierre, en la base de tanque volumétrico, para el vaciado de éste. Rapidez y facilidad para intercambiar los distintos módulos. Dimensiones: 1130 x 730 x 1000 mm. aprox. Peso: 70 Kg. aprox.

B. POSIBILIDADES PRÁCTICAS: Este equipo está diseñado para poder realizar la Medida de Caudales.

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EQUIPO DE OSBORNE – REYNOLDS FME06 El Aparato de Reynolds ha sido ideado con el propósito de servir como ayuda didáctica para el estudiante de temas relacionados al transporte de líquidos en conductos cerrados. El aparato permite reproducir el experimento mediante el cual Osborne Reynolds pudo observar la existencia del flujo laminar y el flujo turbulento para un mismo fluido que es transportado bajo diferentes condiciones. A-DESCRIPCIÓN: El accesorio consiste en un depósito cilíndrico dotado de una tobera acoplada a un tubo de cristal o de metacrilato que permite la visualización de fluido, un rebosadero que garantiza la homogeneidad del caudal y una aguja acoplada a un depósito desde el que se suministra el colorante. El agua se alimenta por la base del depósito desde el Banco Hidráulico O DESDE EL Grupo Hidráulico. B-PARTES: 1. Depósito de 300ml de capacidad para añadir tinta o colorante para la visualización del régimen laminar o turbulento. 2. Válvula de inyección de colorante. 3. Tornillo de sujeción del inyector de tinta. 4. Inyector de tinta. 5. Tobera de admisión de agua. 6. Tubo de visualización 7. Válvula de control. 8. Tubería de alimentación de agua. 9. Descarga de rebosadero 10.Nivel de rebosadero. C-POSIBILIDADES PRÁCTICAS:  Observación del régimen laminar, de transición y turbulento en un flujo.  Estudio del perfil de velocidades, reproduciendo el experimento de Osborne-Reynolds.  Cálculo del número de Reynolds. D-ESPECIFICACIONES:  Diámetro interior del tubo de vidrio: 10mm.  Diámetro exterior del tubo de vidrio: 13mm.  Longitud de la tubería de visualización: 700mm.  Capacidad del depósito de colorante: 0.3 litros.  Capacidad del depósito de ensayo: 10litros.  Válvula de control de flujo: tipo membrana. La inyección de colorante se regula con una válvula de aguja. E-DIMENSIONES Y PESO:

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 Dimensiones aproximadas: 1250 x 450 x 450 mm.  Volumen aproximado: 0.25 m3.  Peso aproximado: 20 kg.

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PROBETA GRADUADA Instrumento de laboratorio que se utiliza, para contener o medir volúmenes de líquidos de una forma aproximada. Es un recipiente cilíndrico de vidrio con una base ancha, que generalmente lleva en la parte superior un pico para verter el líquido con mayor facilidad.

Es un instrumento volumétrico en el laboratorio se tiene de hasta mil centímetros. Milímetros cúbicos y permite medir volúmenes considerables con un ligero grado de inexactitud. Sirve para contener líquidos.

MANGUERA La manguera de laboratorio es un instrumento de caucho que se utiliza para traspasar líquidos o gases de un recipiente a otro. Es un conducto de goma que se utiliza principalmente para el transporte de sustancia liquidas y el traspaso de estas ya sea para formar soluciones o reacciones químicas.

CRONÓMETRO Son utilizados para medir el tiempo, que es una variable muy importante, cuando se realzan ciertas prácticas experimentales en el laboratorio. El cronómetro es un reloj o una función de reloj utilizada para medir fracciones temporales, normalmente breves y precisas.

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TERMÓMETRO Instrumento destinado a medir temperaturas con escala en grados centígrados. El más empleado es aquel con graduaciones de 1 º C (pudiendo apreciarse hasta 0,5 º C) que va desde -10 º C hasta 200 º C. Se les emplea para medir temperaturas en operaciones de destilación, para determinación de puntos de fusión, etc. El termómetro es un instrumento de precisión delicado por lo tanto su manejo requiere muchos cuidados. Deberá estar limpio para introducirlo en el líquido o la solución cuya temperatura se quiere encontrar.

V. TOMA Y MUESTRA DE DATOS:

FLUJO OBSERVADO TURBULENTO TURBULENTO LAMINAR TURBULENTO

DATOS-MUESTRAS MUESTRA VOLUMEN (mml ) 1 420 2 560 3 480 4 640

DIAMETRO

TIEMPO (seg) 3.99 3.37 13.06 5.13 18mm

VI. DESARROLLO DEL INFORME:

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I.

Primero se llena el depósito con aproximadamente 100ml de agua y se añade 1m de permanganato de potasio.

II.

Se coloca el accesorio FME-06 sobre el canal den Banco Hidráulico (procurar no inclinarlo).

III.

Se conecta su tubería de alimentación a la impulsión del Banco Hidráulico.

IV.

Se baja el inyector, mediante el tornillo, hasta colocarlo justo sobre la tobera de entrada al tubo de visualización del flujo.

V.

Luego se cierra la válvula de control de flujo. El tubo de salida del rebosadero deberá introducirse por el aliviadero o rebosadero del Banco Hidráulico.

VI.

Poner en marcha la bomba y llenar lentamente el depósito hasta alcanzar el nivel del rebosadero; después cerrar por completo la válvula de control del Banco Hidráulico para evitar que retorne el agua, y parar la bomba.

VII.

Abra y cierre varias veces la válvula de control de flujo para purgar el tubo de visualización.

VIII.

Después deje que se remanse completamente el líquido en el aparato dejando pasar al menos diez minutos antes de proceder al experimento. En esta espera, procederemos a medir la temperatura del agua.

IX.

Poner en marcha la bomba y abrir cuidadosamente la válvula de control del Banco Hidráulico hasta que el agua salga por el rebosadero. Abrir parcialmente la válvula de control y cuando se consiga un nivel constante en el interior del cilindro (que sobrepase la tobera y el inyector), se abrirá, poco a poco, la válvula de inyección de colorante hasta conseguir una corriente lenta con el permanganato de potasio.

X.

Mientras el flujo de agua sea lento, el permanganato de potasio traza una línea paralela en el interior del tubo de visualización del flujo (Régimen Laminar). Incrementando el flujo, abriendo progresivamente la válvula de control y a su vez abriendo la válvula de control de flujo del Banco para compensar la bajada de nivel por la apertura de la válvula de control de flujo, irán apareciendo alteraciones en el permanganato de potasio, empezará a oscilar (Régimen de Transición) hasta que, finalmente, el colorante se dispersa completamente en el agua (Régimen Turbulento).

XI.

Para observar el perfil de la distribución de velocidades, el depósito estará necesariamente abierto permitiendo que el permanganato de potasio caiga a gota en el tubo de visualización. Cuando la válvula de control está abierta, en régimen laminar la gota adopta un perfil paraboloide. 13

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XII.

Medir y anotar el valor del caudal correspondiente a cada una de las posiciones de la válvula de control de flujo, sobre la que se actuará consiguiendo una apertura progresiva de la misma y, posteriormente, un cierre también escalonado. Poner especial atención en la medición del caudal correspondiente a la condición crítica. No se olvide en bajar el accionador de medida del tanque volumétrico del Banco Hidráulico una vez realizada la medición, para evitar que el tanque se quede vacío y la bomba pueda griparse.

XIII.

Finalmente calcular el valor de Reynolds para cada caso con los datos obtenidos. Tomar para el diámetro interno de la tubería de visualización 10mm.

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VII. RESULTADOS:

VIII.

GRAFICO

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IX. RECOMENDACIONES: -

El buen manejo los equipos y materiales es una recomendación primordial, ya que debemos de manipular de forma correcta y óptima los elementos que nos brinda el laboratorio para un mejor resultado, que es a lo que queremos llegar.

-

Se debe mantener la manguera a una misma altura evitándose así caídas de presión. Los equipos deben estar bien calibrados (como por ejemplo el cronómetro) y deben cumplir con los parámetros estandarizados, de esa manera obtendremos resultados con mayor precisión Los resultados obtenidos no deben ser modificados (los resultados no siempre van escalados).

Tener un mayor orden en el manejo del equipo y en la toma de las mediciones.

X. CONCLUSIONES:

-

La teoría aprendida en clase y el cálculo realizado, acerca del N° de Reynolds y los regímenes de cada flujo, guardan relación con lo observado en el equipo de laboratorio pudiendo ser usados en lo laboral y científico para los proyectos hidráulicos.

-

Al

realizar

la

demostración

de

Reynolds,

y

obtener

las

características del flujo, podemos afirmar que los primeros 4 ensayos realizados en el laboratorio coinciden con los cálculos (Re < 2000), de este modo podemos tipificarlo como un Flujo Laminar,

a

su

vez

se

visualizó

un

flujo

rectilíneo

del

permanganato de potasio dentro del agua. Por otro lado en los 4 siguientes ensayos que se realizó, pudimos darnos cuenta que lo ejecutado en laboratorio con lo calculado no coincidían como el caso anterior, ya que se observó un Flujo Transicional (el recorrido del permanganato de potasio era oscilatorio), pero al realizar los cálculos, obtuvimos (Re < 2000), por lo tanto este flujo lo tipificamos como Laminar. Finalmente, los 4 últimos ensayos presentaban coincidencia con lo calculado (Re>4200), siendo clasificados como Flujo Turbulento. A su vez pudimos

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apreciar un recorrido muy desordenado del permanganato de potasio dentro del fluido (agua). -

Existe relación entre el caudal y el N° de Reynolds porque mientras más se incrementa el caudal mayor será el número de Reynolds.

XI. ANEXOS:

EQUIPO UTILIZADO: BANCO HIDRAUILICO OSBORNE – REYNOLDS FME06, SIRVE PARA DETERMINAR EL NUMERO DE REYNOLDS EN LOS DIFERENTES TIPOS DE FLUJOS

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Ing: Guillermo Arriola explicándonos el manejo del equipo para proceder hacer los ensayos respectivos para la determinación del número de Reynolds

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MECANICA DE FLUIDOS II Suministrando caudal para generar los diferentes tipos de flujos (Laminar, Transicional y turbulento).

Midiendo el volumen extraído del banco en una probeta MECANICA DE FLUIDOS II

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BIBLIOGRAFIA:



Mecánica de fluidos, Merle C. Potter, David C. Wiggert.



Hidráulica de Tuberías y Canales, Arturo Felices Rocha.



http://ingenieriaquimica-iq.blogspot.com/2008/07/el-nmero-dereynolds-vdeos-regimen.html



http://es.scribd.com/doc/6268938/LabOratorio-de-Mecanica-deFluidos1-Reynolds-y-Viscosidad-Lizita-Ex-1-y-2



http://www.slideshare.net/ChicaAmbiental/practica-3-obtencion-delnumero-de-reynolds-docx1

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