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DIANA SOFIA CHARFUELAN CAIPE. KATERIN GUERRERO. [Escriba SANTANDER. aquí una descripción breve VANESSA del documento. Normalmente, una descripción breve es un resumen corto del contenido del documento. Escriba aquí una descripción breve del documento. Normalmente, una descripción breve es un resumen corto del contenido del documento.]

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LABORATORIO No. 10 DETERMINACION NUMERO DE REYNOLDS

7.1 INTRODUCCION El número de Reynolds es la base para establecer las pérdidas de energía en la tubería. Gracias al análisis que se ha realizado correspondiente al estudio de las perdidas en los diferentes flujos, en las diversas tuberías y en diferentes condiciones se logra establecer que el fluido pierde energía con respecto al rozamiento con el material de la tubería o si dicho flujo está dentro de un fluido mayor. La puesta en práctica de la obtención del número de Reynolds permite a los estudiantes comprender visualmente los tipos de flujos con respecto a las condiciones dadas que se pueden modificar de acuerdo a la velocidad o a las dimensiones de la tubería por el cual se transporta el fluido. Cabe tener en cuenta que los tipos de flujo o régimen se podrán observar en la medida en que se use un montaje adecuado que lo permita (tubería de paredes transparentes, tinta de color. Agua, aparato de Reynolds).

7.2 OBJETIVOS 7.2.1 Establecer la diferencia entre flujo laminar y turbulento. 7.2.2. Calcular el número de Reynolds. 7.2.3. Interpretar el uso del número de Reynolds de acuerdo a los datos en la práctica. 7.2.4 Visualizar la distribución de velocidades a través del área de flujo.

7.3 FUNDAMENTO TEÓRICO Osborne Reynolds (1874) 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 líquido se denomina Turbulento. 1

7.3.1. Número de Reynolds El número de Reynolds ilustra matemáticamente la importancia que tienen las fuerzas viscosas en la generación del flujo. Un número de Reynolds grande indica una preponderancia marcada de las fuerzas de inercia sobre las fuerzas viscosas (flujo turbulento), condiciones bajo las cuales la viscosidad tiene escasa importancia. Por el contrario, si el número de Reynolds presenta un valor muy bajo, entonces las fuerzas viscosas son las que rigen el desempeño del flujo (flujo laminar). El número de Reynolds es un parámetro fundamental para determinar las pérdidas por fricción que se generan en conductos a presión, así como también para modelar el comportamiento del flujo.

NR=

V∗∅∗ρ ó μ

NR=

V∗∅ v

En las anteriores formulas NR hace referencia al número de Reynolds, V a la velocidad con la que se transporta el fluido, Ø es el diámetro interno del tubo, ρ es la densidad del fluido, μ es la viscosidad absoluta y v es la viscosidad cinemática. Este número es adimensional y puede utilizarse para definir las características del flujo dentro de una tubería. El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida de energía causada por efectos viscosos. Observando la ecuación anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la pérdida de energía, el número de Reynolds es pequeño y el flujo se encuentra en el régimen laminar. Un número de Reynolds alto indica que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento.

Número obtenido NR < 500 500 < NR < 2000 2000 < NR

Tipo de flujo Flujo laminar Flujo de transición Flujo turbulento

Tabla 1. Clasificación tipos de flujo con respecto al número de Reynolds.

7.3.2 Flujo laminar: Se caracteriza porque las partículas se mueven siguiendo trayectorias separadas perfectamente definidas (no necesariamente paralelas), sin existir mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas. Si se inyecta colorante (con propiedades similares a las del líquido) dentro de un flujo laminar, éste se mueve como un filamento delgado que sigue las trayectorias del flujo. 7.3.3 Flujo turbulento: En un flujo turbulento las partículas se mueven con trayectorias muy erráticas, sin seguir un orden establecido, presentando diversas componentes de la velocidad en direcciones transversales entre sí, que originan un mezclado intenso de las partículas.

Grafico 1. Representación de los tipos de flujo según el Número de Reynolds Fuente: http://www.tecnoficio.com/docs/doc15.php

7.4 DESCRIPCION DE LAS INSTALACIONES Y EQUIPOS    

Tanque reservorio: Tanque utilizado para almacenar agua, el cual alimenta al aparato de Reynolds. Aparato de Reynolds: Este montaje es principalmente la base del experimento ya que es el que permite visualizar el aspecto físico de los tipos de flujo. Recipientes plásticos y probetas graduadas: Se utilizaron para recolectar cierta cantidad de agua en un lapso de tiempo en la salida del tubo, para luego calcular el caudal del fluido. Termómetro: Se utilizó un termómetro de mercurio para tomar la temperatura del fluido utilizado en el ensayo (agua).



Cronometro: Utilizado en el ensayo para tomar el tiempo de salida de diferentes cantidades de agua.

Aparato de Reynolds

Recipientes plásticos y probetas graduadas Fuente: Guerrero 2014

Tanque reservorio. Fuente: Guerrero 2014

Cronometro Fuente: Guerrero 2014

Aparato de Reynolds Fuente: Guerrero 2014

Termómetro de Mercurio Fuente: Guerrero 2014

7.5 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO

7.5.1. Procedimiento 1. Se verifico la correcta alimentación del tubo para mantener las condiciones de flujo uniforme en el aparato de Reynolds. 2. Se abrió válvula de inyección de tinta y se la dejo correo por la tubería. 3. Se abrió la válvula de salida de la tubería de vidrio para aumentar el caudal, se incrementó también el flujo de alimentación del tanque para mantener un nivel constante de agua

4. Se hicieron varias repeticiones del ensayo, variando el caudal de salida del agua. 5. Se tomó la temperatura del agua. 6. Se midió el volumen de salida en lapsos de tiempo para de esa manera obtener el caudal

7. Se repitió el paso 6 varias veces para obtener un promedio.

Flujo de tinta en la tubería Fuente: Guerrero 2014

Flujo en transición. Fuente: Guerrero 2014

Flujo turbulento. Fuente: Guerrero 2014

7.5.2 Procesamiento de Datos

7.5.2.1

Se calculó el área de la tubería.

Flujo laminar. Fuente: Guerrero 2014

Aforo en la salida de la tubería. Fuente: Guerrero 2014

A=

π∗Ø ² 4

7.5.2.2

Se calculó el tiempo promedio en los aforos de salida.

t prom= 7.5.2.3

(Σ t) ¿t

Se calculó el caudal en m3/s.

Q= A∗V

7.5.2.4

NR=

Se realizó el cálculo del número de Reynolds con los datos obtenidos en la práctica y con los calculados anteriormente.

V∗∅ v

7.6 PRESETACION DE DATOS Diámetro tubo (m) Área tubo (m)

0,0182 0,00026

Tabla 1. Reporte de

T° del agua (°C)

Ensayo N°

Volumen (litros)

1

0,2

2

0,25

3 4

0,5 1

20° datos de aforos volumétricos. Tiempos (s) 28,9 6 14,6 3 12,3 12,4

Tabla 2.

datos tabulados Reynolds.

Ensayo N°

Velocidad (m/s)

1 2 3

24615,385 69200,321 160725,19 2 302846,76 0

4

33,39

33,0 29,6 2 3 13,03 15,3 12,6 2 11,98 11,67 11,91 12,63 12,8 12,8 8 9

Tiempo promedio (s) 31,25

0,0064

Caudal Qr (m3/s) 6,40

13,895

0,0180

17,99

11,965 12,7

0,0418 0,0787

41,79 78,74

Caudal Qr (L.p.s)

Reporte de para Número de

1,004 1,004 1,004

Número de Reynold s 446,215 1254,428 2913,544

LAMINAR LAMINAR TRANSITIVO/TURBULENTO

1,004

5489,852

TURBULENTO

Viscosidad cinemática (m2/s)

Efecto visual

7.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS

En los dos primeros ensayos se pudo observar un flujo laminar, al comparar con los valores teóricos obtenidos del número de Reynolds (NR< 2000), se puede decir que el experimento practico concuerda con los cálculos teóricos, esto quiere decir que el flujo es laminar debido a que los valores del caudal y de la velocidad del fluido en el conducto fueron bajos. Para el ensayo número tres no se pudo determinar si el flujo fue transitivo o turbulento por medio de la observación, para ello fue necesario rectificar con el cálculo teórico del número de Reynolds, el cual estuvo dentro del rango de 2000 a 4000, es decir que el flujo es transitivo o que se encuentra en una región critica, en estos casos es necesario cambiar el diámetro del conducto o regular el caudal y la velocidad del flujo para que este sea definitivamente laminar o turbulento. En el último ensayo se observó un flujo turbulento, al comparar con los valores teóricos obtenido con el número de Reynolds que fueron mayores a 4000, se puede decir que la observación concuerda con los cálculos teóricos, es decir que el flujo es turbulento debido a que los valores de caudal y velocidad fueron altos, por lo tanto en la práctica es necesario realizar cambios externos en los conductos o tuberías para que finalmente el flujo pueda ser laminar.

7.8 CONCLUSIONES  Mantener un flujo constante es de vital importancia en el momento de la toma de datos ya que de esta manera se presentaran menos errores en el cálculo del número de Reynolds.  El número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento o laminar en conductos o tuberías a partir de unos factores que afectan el movimiento del fluido, como lo son: la velocidad del fluido, la viscosidad cinemática y la longitud del conducto.  Por medio del cálculo del número de Reynolds de un fluido se puede estimar las pérdidas de energía en una tubería dependiendo de la velocidad del mismo, a partir de estas estimaciones se puede determinar el manejo adecuado de flujos en diferentes condiciones.  Las personas que trabajan en áreas afines deben tener un manejo adecuado de las perturbaciones externas de los conductos del flujo a tratar ya que es posible mantener un flujo laminar para número de Reynolds mayores a 4000, pero pueden ocurrir perturbaciones pequeñas en las corrientes que ocasionen un cambio súbito de flujo laminar a turbulento. 7.9 REFERENCIAS. 1. http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Reynold.htm

   

http://www.uaemex.mx/pestud/licenciaturas/civil/hidraulica1/Pr%E1ctica %20HI%205.pdf http://www.tecnoficio.com/docs/doc15.php Streeter V. Mecánica de los fluidos. 1988. USA. McGraw-Hill, Inc. Philip M. Fundamentos de mecánica de fluidos. 1992. USA. Addison – Wesley publishing Company Inc.