Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco Facultad de Ingeniería Civil 5 Informe de Laboratorio: “Número de Re
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Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco Facultad de Ingeniería Civil
5 Informe de Laboratorio: “Número de Reynolds” Alumnos Responsables: Castañeda Chirinos Dicmer Gutiérrez Cahuana Raúl Gutiérrez Palomino Briam Huamán Molina Victor Hugo Pareja Molina Edwin Saul Taboada Calluco Jefri José Albert Curso: Mecánica de Fluidos I Asistente de Prácticas: Saul Pantia Huamán Jefe de Prácticas: Ing. Alcides Aybar Galdós Docente de Teoría: Ing. Edwin Astete Samanez
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110560 113527 110568 111838 100984 111124
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MARCO TEÓRICO: FLUJO LAMINAR. En el flujo laminar las partículas fluidas se mueven según la trayectorias paralelas formando el conjunto de capas o laminas. Los módulos de velocidades de capa adyacentes no tienen el mismo valor. El flujo laminar está gobernado por la ley que relaciona la tensión cortante con la velocidad de deformación angular, es decir, la tensión cortante es igual al producto de la viscosidad del flujo por el gradiente de las velocidades o bien La viscosidad del fluido es la magnitud física predominante y su acción amortigua cualquier tendencia a la tubería.
FLUJO TURBULENTO. En el flujo turbulento las partículas fluidas se mueven de forma desordenada en todas las direcciones. Es imposible conocer la trayectoria de una partícula individualmente.
NUMERO DE REYNOLDS. El número de REYNOLDS (Re), que es un grupo adimensional, viene dado por el cociente de la fuerzas de inercia por las fuerzas debidas a la viscosidad.
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PROCEDIMIENTO: Mediciones. Realizamos las siguientes mediciones para hicimos 5 mediciones para cada caso variando el caudal de flujo con los siguientes resultados:
Fig 1 Verificando con la tinta lila que el flujo es laminar.
Fig 2 Verificando el flujo turbulento con ayuda de la tinta lila.
Fig 3 Con la ayuda de la probeta se midió el caudal para cada caudal Teniendo los siguiqntes resultados
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V(ml) 66 193 207 38 194
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t(s) 21.52 6.19 6.64 32.97 9.56
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Observándose los siguientes regímenes para cada caso: Régimen Laminar Transición Turbulento Laminar Transición
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Aparte también utilizamos los siguientes valores, recordemos que los valores de la temperatura del agua fueron inicialmente 18.9°C y 19.7°C, por lo que podemos utilizar los valore estándares del agua a 20°C , Recordemos que la viscosidad del agua es de 1002 μPa·sy su densidad media a esta temperatura 100kg/m3
Diam tub(mm) Densidad media(kg/m3) viscosidad agua (pas s)
10 1000 0.001002
Cálculos. Puesto que el número de Reynolds es un escalar es necesario que trabajemos en un solo sistema, por lo que para este informe trabajaremos sólo con unidades del SI:
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V(ml) 66 193 207 38 194
t(s) 21.52 6.19 6.64 32.97 9.56
V(m3) 6.600E-05 1.930E-04 2.070E-04 3.800E-05 1.940E-04
t(s) 21.52 6.19 6.64 32.97 9.56
Q(m3/s) 3.067E-06 3.118E-05 3.117E-05 1.153E-06 2.029E-05
Hallamos el caudal, con el siguiente criterio: Q = V/t Para hallar la velocidad media que recorría el fluido en la tubería tomamos el Díametro interior d= 10 mm r = 5mm = 0.005 m y el área transversal por el cual circula el fluido: A = π r^2 = π(0.005)^2 = 7.85398E-05 m2 Y por la ecuación fundamental de la hidrodinámica
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Q = Av:
Velocidad(m/s) 3.905E-02 3.970E-01 3.969E-01 1.467E-02 2.584E-01
Hallaremos el número de Reynolds recordando el criterio antes observado:
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Diam tub(m) Densidad media(kg/m3) viscosidad agua (pas s)
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0.01 1000 0.001002
NRO REYNOLDS 389.7122574 3961.950608 3961.363204 146.4559589 2578.613397
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Analizando observaciones experimentales con el criterio del nro de Reynolds (menor de 2000 es considerado cómo laminar, mayor de 400 es turbulento y entre este intérvalo los llamamos de transición).
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NRO REYNOLDS 389.7122574 3961.950608 3961.363204 146.4559589 2578.613397
experimental teórico laminar laminar ok transición transición ok turbulento transición ojo laminar laminar ok transición transición ok
Nota: vemos que el régimen del tercer caso teóricamente se podría considerar de transición, pero experimentalmente lo marcamos cómo turbulento, aunque el valor del número de Reynolds sea Re=3961.363204 que es próximo a 4000 por lo que si puede ser considerado cómo turbulento.
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RESUMEN DEL INFORME: a) Determinar el tipo de flujo para cada una de las válvulas: Hicimos las siguientes mediciones experimentales: V(ml) 66 193 207 38 194
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t(s) 21.52 6.19 6.64 32.97 9.56
Régimen Laminar Transición Turbulento Laminar Transición
b) Determinar analíticamente el régimen de cada flujo: Hallamos los siguientes números de Reynolds:
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NRO REYNOLDS 389.7122574 3961.950608 3961.363204 146.4559589 2578.613397
c) Comparar los cuadros a y b: Comparando los resultados experimental y teórico tenemos: 1 2 3 4 5
NRO REYNOLDS 389.7122574 3961.950608 3961.363204 146.4559589 2578.613397
experimental teórico laminar laminar transición transición turbulento transición laminar laminar transición transición
Nota: vemos que el régimen del tercer caso teóricamente se podría considerar de transición, pero experimentalmente lo marcamos cómo turbulento, aunque el valor del número de Reynolds sea Re=3961.363204 que es próximo a 4000 por lo que si puede ser considerado cómo turbulento.
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GUÍA DE SINTESIS: a) ¿Cuáles son la relación entre la velocidad y la clase del flujo?:
Vimos que principalmente dependen de: Velocidad del fluido Propiedades del fluido Presencia de cuerpos solidos Asimismo vimos para el Régimen laminar: Bajas velocidades de fluido Transporte molecular ordenado: partículas dezplasandose en trayectorias paralelas. Régimen de transición Y de la misma forma para el régimen turbulento Altas velocidades de fluido Transporte molecular turbulento: partículas y porciones macroscópicas del fluido se entremezclan al azar desplazándose en todas las direcciones.
En un proceso de conducción especifico suelen coexistir las dos condiciones límites de flujo: laminar y turbulento. Se introduce el concepto de subcapa laminar.
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b) ¿Cómo se obtienen las diferentes clases de flujos (flujo laminar, flujo transicional, flujo turbulento)? Se obtiene de las siguientes formas: Experimento de Reynolds para determinar el tipo de flujo de un fluido
Definición de la velocidad de un fluido Velocidad media (V): definida en función del caudal volumétrico (Qv). Medida experimental:
𝑉=
𝑄𝑣 𝑆
𝜋 4
𝑆 = 𝜋𝑟 2 = ∗ 𝐷 2
Donde S=área de la sección transversal que atraviesa el fluido Velocidad eficaz (Ve): definida en función de la energía cinética 1 2 ∗ 𝐸𝑐 𝐸𝑐 = 𝑚𝑉𝑒 2 → 𝑉𝑒 2 = 2 𝑚
c) ¿cómo influye la temperatura al realizar el experimento? ¿en qué valores influye? La temperatura influye directamente en la naturaleza física del fluido ya que a mayor temperatura la viscosidad disminuye, esto conllevaría a hacer variar la velocidad, el caudal y por ende el número de Reynolds cambiaria
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OBSERVACIONES RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES: a) OBSERVACIONES:
El numero de Reynolds es una cuantificación de la entropía de un fluido. Será coherente sólo si usamos valores en el mismo sistema de unidades. El experimento solo es viable si la densidad del agua y la tinta son similares. El régimen de un fluido depende de su velocidad, la naturaleza del liquido y el espacio por el que este pase. El fluido se torna caótico conforme también aumenta la presión que ejerce a la tubería. En un flujo turbulento las líneas de corriente se tornan caóticas, formando incluso pequeños vórtices dentro de él. En un flujo laminar las corrientes de tinta forman líneas rectas.
b) RECOMENDACIONES:
Sería interesante ver cómo interactúa la turbulencia en un vórtice de agua. Asimismo podríamos observar ríos y riachuelos para ver como varia el régimen de un fluido en la naturaleza. Interactuar con fluidos a diversas temperaturas.
c) CONCLUSIONES:
En la ingeniería el numero de Reynolds puede ser usado para determinar el esfuerzo que soportará una tubería. El régimen de un fluido variará de acuerdo a los atributos del fluido, la velocidad de este y el área transversal que atravesará. La viscosidad de un fluido newtoniano determina el campo de velocidades de un flujo laminar.
BIBLIOGRAFIA METCALF &EDDY,INC.Ingenieria de aguas residuales.Mc Graw Hill. 3ra edición (1995). http://www.slideshare.net/ChicaAmbiental/practica-3-obtencion-del-numero-de-reynolds-docx1. http://www.buenastareas.com/ensayos/Experimento-De-Reynolds/2248680.html.
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