cuba de reynolds (2)
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“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN”
HUANCAVELICA, 03 AGOSTO DE 2015
INFORME Nº 01-2015-EAP/CIVIL/UNH
AL : Ing. GOMEZ TUNQUE Kennedy Richard
DE :
ENRIQUEZ AYUQUE, Kewin Anderson.
HUAMAN HUAYRA ,Samuel.
HERRERA QUISPE, Carlos Alberto.
ASUNTO : INFORME DEL EL EXPERIMENTO DE LA CUBA DE
REYNOLDS
Tenemos el honor de dirigirnos a Ud. Para informarle sobre el trabajo
realizado: SOBRE EL EXPERIMENTO DE LO QUE ES LA CUBA DE
REYNOLDS.
CUBA DE REYNOLDS
RESUMEN:
El estudio para determinar el flujo que tiene un fluido en una tubería está dado por “NUMERO DE
REYNOLDS”.
Según la viscosidad del fluido, un flujo se puede clasificar en laminar o turbulento.
En el flujo turbulento las partículas se mueven sin seguir un orden establecido, en trayectorias
completamente erráticas, se caracteriza porque el fluido continuamente se mezcla, de forma caótica,
como consecuencia de la ruptura de un flujo ordenado de vórtices, que afectan zonas en dirección del
movimiento. El flujo del agua en los ríos o el movimiento del aire cerca de la superficie de la tierra son
ejemplos típicos de flujos turbulentos.
En el flujo laminar las partículas se desplazan siguiendo trayectorias paralelas, formando así en conjunto
capas o láminas de ahí su nombre, el fluido se mueve sin que haya mezcla significativa de partículas de
fluido vecinas.
La distinción entre los dos tipos de flujos fue inicialmente demostrada por Reynold; estudió las
condiciones por las que se produce el cambio de un tipo de movimiento a otro y encontró que la velocidad
crítica, para la que el flujo pasa de laminar a turbulento, depende de cuatro variables: el diámetro del tubo,
así como la viscosidad, la densidad, y la velocidad lineal media del líquido, el valor numérico de una
combinación adimensional de estas cuatro variables, conocido como el número de Reynolds, puede
considerarse como la relación de las fuerzas dinámicas de la masa del fluido respecto a los esfuerzos de
deformación ocasionados por la viscosidad.
Para estudios técnicos, el régimen de flujo en tuberías se considera, como laminar si el número de
Reynolds es menor que 2 000 y turbulento si el número de Reynolds es superior a 4 000. Entre estos dos
valores está la zona denominada “crítica” donde el régimen de flujo es impredecible, pudiendo ser
laminar, turbulento o de transición, dependiendo de muchas condiciones con posibilidad de variación.
PALABRAS CLAVE:
Flujo laminar, flujo turbulento, adimensional
NOMENCLATURA:
Re: número de Reynolds.
D: diámetro.
V: velocidad del líquido.
u: viscosidad cinemática del líquido.
INTRODUCCIÓN:
En el presente trabajo se realizó una recopilación y búsqueda de información del tema “CUBA
DE REYNOLDS” tema del cual trata, el estudio del flujo de un fluido en las tuberías; el flujo de un
fluido real es más complejo que el de un fluido ideal. Debido a la viscosidad de los fluidos reales,
ya que en su movimiento aparecen fuerzas cortantes entre las partículas fluidas y las paredes
del contorno y entre las diferentes capas de fluido, como consecuencia, los problemas de flujos
reales se resuelven aprovechando datos experimentales.
La solución de cualquier problema de flujo de fluidos requiere un conocimiento previo de las
propiedades físicas del fluido en cuestión. Valores exactos de las propiedades de los fluidos que
afectan a su flujo, principalmente el diámetro de la tubería, de la densidad y la viscosidad del
fluido y de la velocidad del flujo factores que nos ayudaran a determinar el NUMERO DE
REYNOLDS, debido a la gran variedad de fluidos que se utilizan en los procesos industriales
modernos, una ecuación que pueda ser usada para cualquier fluido ofrece ventajas obvias es la
fórmula de Darcy, que puede ser deducida por análisis dimensional; sin embargo, una de las
variables en la fórmula, el coeficiente de fricción, debe ser determinado experimentalmente. Esta
fórmula tiene una extensa aplicación en el campo de la mecánica de fluidos y se utiliza mucho en
este estudio.
Esperando que el siguiente trabajo contribuya con un aporte al estudio de la mecánica de fluidos.
MARCO TEORICO:
Los diferentes regímenes del flujo y la asignación de valores numéricos de cada uno fueron
reportados por primera vez por Osborne Reynolds en 1883.
Reynolds observo que el tipo de flujo adquirido por un líquido que fluye dentro de una tubería
depende de la velocidad del líquido, el diámetro de la tubería y de algunas propiedades físicas
del líquido.
Así el número de Reynolds es adimensional que relaciona las propiedades físicas del fluido, su
velocidad y su geometría del ducto por el que fluye y está dado por:
ℜ=DVu
Generalmente cuando el número de Reynolds se encuentra por debajo de 2100 se sabe que el
flujo es laminar, el intervalo entre 2100y 4000 se considera como flujo de transición y para
valores mayores de 4000 se considera un flujo turbulento. Este grupo adimensional es uno de los
parámetros más utilizados en los diversos campos de la ingeniería en los que se presentan
fluidos en movimiento.
Según el número de Reynolds, los flujos se definen:
Re < 2000 → Flujo Laminar
Re 2000 – 4000 → Flujo de transición
Re > 4000 → Flujo turbulento
FLUJO LAMINAR:
En el flujo laminar las partículas fluidas se mueven según trayectorias paralelas, formando el
conjunto de ellas capas o laminas. Los módulos de las velocidades de capas adyacentes no
tienen el mismo valor. El flujo laminar está gobernado por la ley que relaciona la tención cortante
con la velocidad de deformación angular, es decir, la tención cortante es igual al producto de la
viscosidad del fluido por el gradiente de las velocidades o bien τ=μdv /dγ . La viscosidad del
fluido es la magnitud física predominante y su acción amortigua cualquier tendencia a la
turbulencia.
Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido. Se llama flujo laminar o corriente laminar, al
movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el
fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una
trayectoria suave, llamada línea de corriente.
FLUJO DE TRANSICION:
El flujo turbulento no es muy eficiente en el uso de la energía... gran parte se va en choques,
reflujos, remolinos, aceleraciones y frenadas. La física de los fluidos turbulentos es bastante
complicada. 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
comprenden totalmente. Estas inestabilidades crecen y el flujo se hace turbulento y el número de
reynolds comprende entre 2000<Re<4000.
FLUJO TURBULENTO:
En el flujo turbulento las partículas fluidas se mueven de forma desordenada e todas las direcciones. Es posible conocer la trayectoria de una partícula individualmente.
CARACTERÍSTICAS FISICAS DE LOS FLUJOS TURBULENTOS
Las manifestaciones típicas de la turbulencia se pueden resumir en tres efectos principales:
Inestacionaridad de pequeña escala
Un permanente y continuo proceso de mezcla
Un dominante efecto de la inercia del liquido
DIFERENCIAS ENTRE UN FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
FLUJO LAMINAR:
El movimiento es ordenado y en conjunto es realmente estacionario.
Las fuerzas viscosas de origen molecular son realmente dominantes.
Las fuerzas de inercia son irrelevantes.
Tienen una distribución de velocidades típicamente parabólica.
FLUJO TURBULENTO:
Es estacionario en conjunto en valores medios, pero contiene Inestacionaridad de
pequeña escala.
Las fuerzas viscosas son relativamente importantes.
Las fuerzas de inercia son dominantes.
Tienen una distribución de velocidades más aplanadas en el núcleo central.
DESARROLLO EXPERIMENTAL:
Para flujo laminar se comienza el experimento abriendo un poco la válvula para dejar
pasar el agua a una baja velocidad con el objetivo de que sea laminar. Establecido el
régimen de flujo, mida la temperatura del fluido, y un número adecuado de datos de
caudal.
Se inyecta el azul de metileno para poder observar el movimiento del fluido a través de la
tubería. Entonces se observa que cuando la gradiente de la velocidad es baja, la fuerza
de inercia es mayor que la de fricción. Las partículas se desplazan pero no rotan, o lo
hacen pero con muy poca energía.
Entonces el resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectorias
definidas y todas las partículas que pasan por un punto en el campo del flujo siguen la
misma trayectoria.
Se denomina laminar queriendo significar con ello que las partículas se desplazan en
forma de capas o láminas.
Para flujo turbulento se abre la válvula dejando salir el agua a una velocidad alta para
conseguir que el flujo sea turbulento. También como en el primero después de
establecer el régimen de flujo, se mide la temperatura del fluido, al igual que un número
adecuado de datos de caudal.
Se inyecta el azul de metileno, tratando de hacerlo siempre con la misma presión.
Se nota entonces que al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción
entre partículas vecinas al fluido. Las partículas adquieren una energía de rotación
apreciable al igual la viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotación las partículas
cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras, las partículas chocan entre
sí y cambian de rumbo en forma errática.
Entonces este tipo de flujo se denomina turbulento y se caracteriza por:
Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias definidas.
La acción de la viscosidad es despreciable.
Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable, y se mueven en
forma errática chocando unas con otras.
Al entrar las partículas de fluido a capas de diferente velocidad, su momento lineal
aumenta o disminuye y el de las partículas vecinas lo hacen en forma contraria.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN:
DETERMINACIÓN DEL NUMERO DE REYNOLDS:
Viscosidad cinemática a 17°c es: 1.098*10−6
DATOS:DEL RECIPIENTE PARA CALCULO0.184 m
DATOSTIEMPO (s) CAUDAL(m3/s)
0.185 m0.00491923144 m3 1 0.004919 747 6.58531652E-06 0.0052404
0.04 m 2 0.004919 67 7.342136479E-05 0.0584269
VOLUMEN DEL FLUIDO (m3)
Velocidad(m/s)
Para flujo laminar usaremos los siguientes datos:
V = Velocidad media = 0.0052404
D = diámetro de la tubería =0.04
Coeficiente de viscosidad =1.098*10−6 = ע
Reemplazamos los datos en la fórmula de Reynolds para comprobar que es un flujo
Laminar; lo cual se determinara con el número de Reynolds
El número de Reynolds es: 190.908
Para flujo de transición usaremos los siguientes datos:
V = Velocidad media = 0.0584269
D = diámetro de la tubería =0.04
Coeficiente de viscosidad =1.098*10−6 = ע
Reemplazamos los datos en la fórmula de Reynolds para comprobar que es un flujo
Laminar; lo cual se determinara con el número de Reynolds
El número de Reynolds es: 2128.483
Para flujo turbulento usaremos los siguientes datos:
V = Velocidad media = 0.1151353
En tuberías:
Re = VD/ע
Dónde: V = Velocidad media
D = diámetro de la tubería
Coeficiente de viscosidad = ע
Cinemática.
Si: Re < 2100 F. Laminar.
Re = VD/ע
Re = VD/ע
D = diámetro de la tubería =0.04
Coeficiente de viscosidad =1.098*10−6 = ע
Reemplazamos los datos en la fórmula de Reynolds para comprobar que es un flujo
Turbulento; lo cual se determinara con el número de Reynolds
El número de Reynolds es: 4194.364
DISCUSIONES:
Es necesario realizar el experimento para comprobar empíricamente el número de Reynolds
y así determinar el flujo de un fluido.
Para el flujo laminar obtuvimos el siguiente número de Reynolds es de 190.908 Con lo cual
comprobamos la teoría dada, que el número de Reynolds debe ser menor o igual a 2000.
Para el flujo de transición obtuvimos el siguiente número de Reynolds 2128.483 Con lo cual
comprobamos la teoría dada, que el número de Reynolds se encuentra entre 2000 y 4000.
Para el flujo turbulento obtuvimos el siguiente número de Reynolds 4194.364 con lo cual
comprobamos la teoría dada, que el número de Reynolds es mayor que 4000.
CONCLUSIONES:
Una vez analizados los resultados es posible afirmar que son satisfactorios, puesto que
en todos los casos, el régimen de flujo obtenido experimentalmente coincide con el
esperado.
Re = VD/ע
Los resultados obtenidos coinciden a la perfección con las observaciones realizadas
durante la práctica, donde una delgada línea del líquido de tempera en el tubo denotaba
un flujo laminar, mientras que vórtices de líquido de tempera indicaban un régimen
turbulento.
Como era de esperarse, al aumentar la velocidad el flujo se pasa de un régimen laminar
a un régimen turbulento, y como consecuencia aumenta el número de reynolds.
Si bien la operación unitaria estudiada no es particularmente atractiva, la comprensión
de los efectos del flujo en el régimen de flujo es sumamente importante. El número de
reynolds es quizá el número adimensional más utilizado en cálculos de ingeniería y su
comprensión adecuada resulta fundamental.
Los objetivos fueron satisfechos, pues no solo se obtuvieron resultados adecuados, sino
que se comprendió adecuadamente la relación de la velocidad con el régimen de flujo y
los efectos en el número de reynolds.
REFEERENCIAS:
ING. SILVA LINDO MARCO, Manual de Laboratorio de Mecánica de Fluidos, 2014.
Reynolds, Osborne (1883). «An experimental investigation of the circumstances which
determine whether the motion of water shall be direct or sinuous, and of the law of
resistance in parallel channels».
Cengel, Yunus A., 2006, Mecánica de Fluidos. USA; McGraw – Hill
Debler, Walter R., 1990, Fluid Mechanics Fundamentals. USA; Prentice Hall
White, Frank M., 2004, Mecánica de Fluidos. USA; McGraw – Hill
Gehart P., Gross R., Hochstein J., 1992, Mecánica de Fluidos. USA; Addison – Wesley
Iberoamericana .PotterMerle C. &Wiggert David C., 2002, Mecánica de Fluidos. USA;
Prentice Hall
BIBLIOGRAFIA
http://fing.uach.mx/util/2014/02/04/Manual%20de%20Laboratorio%20de
%20Hidraulica.pdf
http://fjartnmusic.com/Personal/6o_Semestre_files/Re.pdf
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1405774315000025
http://es.scribd.com/doc/73384620/Cuba-de-Reynolds#scribd
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