numero de reynolds (8pag)

7/24/2019 Numero de Reynolds (8pag)

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Cátedra: Laboratorio de TermofluidosTítulo: Guía de prácticas

UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACIN.FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL.ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL.

LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS.

R!CTICA N" #: N$MERO DE RE%NOLDS

OBJETIVOS

• Determinar el régimen de flujo en tuberías (Laminar, Transición o

Turbulento) mediante el cálculo experimental del !mero de "e#nolds ("e)$• %dentificar # diferenciar cualitati&amente los regímenes de flujo en tuberías

mediante el uso del 'uipo de !mero de "e#nolds (*+)$• Determinar experimentalmente la influencia de la &iscosidad en el régimen

de flujo en tuberías$

EQUIPOS

• 'uipo de !mero de "e#nolds (*+) # -ódulo de control de temperatura

(*+.), compuestos por los dispositi&os mostrados en la figura / + (a) #(b), respecti&amente

• 0ronómetro

• Termómetro

• 0ilindro graduado




• -angueras flexibles # abra1aderas

MATERIALES

• .gua• Tinta 02ina

PROBLEMA

3i se tiene un euipo (*+) ue permite el análisis cuantitati&o # cualitati&o de losregímenes de flujo en tuberías, se deberá calcular experimentalmente los &aloresdel !mero de "e#nolds ue definen el flujo laminar, el flujo turbulento # el iniciode la transición a flujo turbulento$ También, se determinará la influencia de la&iscosidad en la naturale1a del flujo$ 4or !ltimo, se establecerá, cualitati&amente,las características físicas predominantes en los regímenes de flujo antes

mencionados$

BASE TEÓRICA

0onsidere el mo&imiento de un fluido a lo largo de una superficie fija, tal como lapared de una tubería$ . cierta distancia 5#6 de la superficie, el fluido presenta una&elocidad 5&6 relati&a a dic2a superficie$ 'l mo&imiento relati&o origina un esfuer1o

cortante 5τ

6 (4a) ue tiende a detener el fluido, de forma tal, ue mientras máscerca de la superficie, menor será la &elocidad del fluido$ 's decir, el esfuer1o

cortante genera un gradiente de &elocidades 5d&7d#6 (seg8+

), el cual es proporcionala dic2o esfuer1o$ La constante de proporcionalidad 596 (:g7m seg) recibe elnombre de &iscosidad absoluta o dinámica$

'n términos matemáticos, se tiene;

τ µ = * d v

d y

<(+)

La &iscosidad es una manifestación del mo&imiento molecular dentro del fluido$Las moléculas de regiones con alta &elocidad global c2ocan con las ue semue&en con una &elocidad global menor, # &ice&ersa$ 'stos c2oues permiten

transportar cantidad de mo&imiento de una región del fluido a otra$ =a ue losmo&imientos moleculares aleatorios se &en afectados por la temperatura delmedio, la &iscosidad resulta ser una función de la temperatura$ 'n mecánica defluidos se emplea frecuentemente el cociente de la &iscosidad absoluta (9) entre ladensidad (>)$ 'ste cociente recibe el nombre de &iscosidad cinemática 5?6(m*7seg)$ 'n la figura / * se obser&a la &ariación de la &iscosidad cinemática delagua con la temperatura$




La ecuación + representa el modelo matemático del régimen de flujo 5Laminar6$"ecibe ese nombre debido a ue la estructura interna del fluido se caracteri1a por un mo&imiento sua&e de 5láminas6 o 5capas6, una sobre otra$

3i la &elocidad del fluido aumenta por encima de cierto &alor, empie1a a aparecer

peue@as perturbaciones o 5remolinos6 ue originan ue las láminas o capas dealta energía se me1clen con las capas de baja energía del fluido$ 'ste régimen deflujo recibe el nombre de 5Turbulento6, # se caracteri1a porue las partículas delfluido presentan mo&imientos tridimensionales aleatorios superpuestos almo&imiento promedio$ Aajo éstas condiciones, la relación entre el esfuer1ocortante # el gradiente de &elocidad depende de &arios factores, # no solamentede la &iscosidad del fluido$

La naturale1a turbulenta del flujo es totalmente diferente a la laminar, debido a ueel intercambio de energía entre las capas está en función de la intensidad de lasperturbaciones (remolinos) en el fluido, es decir, de las fuer1as de inerciaB # no de

las fuer1as &iscosas ue predominan en el régimen laminar$

'n este sentido, el parámetro adimensional ue caracteri1a la naturale1a del flujoes el !mero de "e#nolds ("e), es decir, determina si el régimen de flujo eslaminar o turbulento$ 'l n!mero de "e#nolds se define como la relación o cocienteentre las fuer1as inerciales # las fuer1as &iscosas en el flujo, expresado entérminos

matemáticos;




"e C Fuerzas Inerciales

Fuerzas Viscosas

De los conocimientos de física, se sabe ue las fuer1as inerciales sonproporcionales al producto de la masa por el cambio de &elocidad en el tiempo$3in embargo, el cambio de la masa por unidad de tiempo, recibe el nombre de

flujo másico, el cual eui&ale al producto de la densidad, la &elocidad de flujo # elárea de la sección trans&ersal al flujo, es decir;

Fuerzas de inercia >Ed*E&*B donde 5d6 es el diámetro interno de la tubería$

4or otra parte, las fuer1as &iscosas son proporcionales al producto del esfuer1ocortante # el área, por lo ue al utili1ar la ecuación (+), resulta;

∝ ∝ µ µ * * * *d v

d yd

v

d d 2 2

'ntonces;

2 2

2

* * * * *Re=

cos* *

Fuerzas Inerciales d v v d V d

v Fuerzas Vis asd

d

ρ ρ

µ ν µ

= = =

<(*)




Fsborne "e#nolds, científico Aritánico, descubrió ue, para flujo en tuberías, elinicio de la transición de régimen laminar a turbulento ocurre para &aloressemejantes del n!mero de "e#nolds, independientemente del fluido # del tama@ode la tubería$ .unue, es importante se@alar, ue no existe un &alor !nico #preciso del n!mero de "e#nolds ue indiue el inicio de la transición de flujo

laminar a turbulento$

4ara el flujo en tuberías, se cumplen las siguientes condiciones;

3i Re *HHH, el régimen de flujo es laminar$3i Re I JHHH, el régimen de flujo es turbulento$

= el inicio de la transición de flujo laminar a turbulento ocurre para un Re ueoscila entre *HHH # *HH, dependiendo de las condiciones del flujo a la entrada dela tubería # de la rugosidad de la misma$

PROCEDIMIENTO

+$ i&ele el 'uipo de umero de "e#nolds (*+), mediante los tornillosajustables ubicados en su base$ 0entre el tubo metálico in#ector de tintacon respecto a la boca acampada # al tubo de prueba, mediante los tornillosplásticos ubicados por encima del tanue de ni&el constante$ Kerifiue ueel bulbo del termómetro esté sumergido en la cama de esferas$ "e&isetodas las abra1aderas, 2an de estar firmemente ajustadas$

Nota: 'l diámetro interno de la tubería de prueba es +* mm$

*$ .bra parcialmente la &ál&ula de control de descarga del euipo *+, la&ál&ula de control del módulo de temperatura # la alimentación de agua$

$ .juste la alimentación de agua 2asta lograr ue el ni&el de agua en eltanue se mantenga constante # justo por encima del tope de la tubería dedrenaje de dic2o tanue$ 'sta condición es necesaria para la reali1ación detodos los ensa#os, por lo tanto, al &ariar el caudal de trabajo, 2a dereajustarse la alimentación de agua, a fin de mantener constante el ni&el deagua reuerido en el tanue$

J$ .bra # ajuste la &ál&ula del in#ector de tinta 2asta obtener un filamento de

tinta c2ina en el flujo de agua a tra&és del tubo de prueba$ 3i la tinta sedispersa en el flujo de agua, redu1ca el caudal cerrando la &ál&ula dedescarga del euipo *+$ .juste la alimentación de agua a fin demantener constante el ni&el de fluido en el tanue$ 'l régimen laminar sealcan1a cuando el filamento de tinta atra&iesa toda la longitud de la tuberíade prueba sin perturbación alguna$ (Migura / a)$




$ .umente el caudal, abriendo lentamente la &ál&ula de descarga del euipo*+ 2asta ue empiecen a aparecer peue@as perturbaciones en elfilamento de tinta$ (%nicio de la transición a régimen turbulento, figura / b)$

o ol&ide incrementar la alimentación de agua a fin de mantener constanteel ni&el de fluido en el tanue$

N$ -ida # registre (&er tabla de datos anexa) la temperatura del agua$Determine el caudal real, midiendo el tiempo necesario para recolectar un&olumen de *HH ml de agua en el cilindro graduado$

O$ .umente el caudal, abriendo lentamente la &ál&ula de descarga del euipo*+ 2asta ue el filamento de tinta se disperse completamente en el flujode agua$ ("égimen totalmente turbulento, figura / c)$ o ol&ideincrementar la alimentación de agua a fin de mantener constante el ni&el de

fluido en el tanue$ "epita el paso / N$

P$ Disminu#a el caudal, cerrando lentamente la &ál&ula de descarga del euipo*+ 2asta ue el filamento de tinta atra&iese toda la longitud de la tuberíade prueba sin perturbación alguna$ ("égimen totalmente laminar, figura /Q)$ o ol&ide reducir la alimentación de agua a fin de mantener constanteel ni&el de fluido en el tanue$ "epita el paso / N$




R$ 'ncienda el módulo de control de temperatura (*+.)$ "epita los pasos/ al P para tres () temperaturas adicionales del flujo de agua$ Latemperatura del agua debe estabili1arse antes de reali1ar las mediciones$

Nota; unca encienda el módulo de control de temperatura cuando no exista

circulación de agua en el sistema$

+H$.pague el módulo de control de temperatura$ 0ierre la &ál&ula del in#ector de tinta # cierre la alimentación de agua$

++$ 4ara cada de las condiciones de flujo, calcule; Kelocidad del fluido,&iscosidad cinemática del agua, numero de re#nolds$

+*$4ara cada temperatura, compare el &alor del n!mero de "e#nolds en losdiferentes regímenes de flujo; Totalmente laminar, %nicio de transición arégimen turbulento # Totalmente turbulento$ 'stable1ca conclusiones$

También, determine el efecto de la &iscosidad en; La &elocidad de flujo, eln!mero de "e#nolds # el régimen de flujo$ 'stable1ca conclusiones$

Ho&a de re'ultado':

+$ Tome nota de los siguientes datos experimentales$

Te()eraturadel a*ua +"C,

atr-de /lu&o

T0e()o dere1ole110-

+'e*,Totalmente

Laminar

%nicio deTransición

TotalmenteTurbulento




*$ "ealice los cálculos de &elocidad de flujo (m7s), &iscosidad cinemática(m*7s), umero de "e#nolds para cada temperatura$

A)2d01e I

$ 4ara cada temperatura, compare el &alor del n!mero de "e#nolds en losdiferentes regímenes de flujo; Totalmente laminar, %nicio de transición arégimen turbulento # Totalmente turbulento$ 'stable1ca conclusiones$También, determine el efecto de la &iscosidad en; La &elocidad de flujo, eln!mero de "e#nolds # el régimen de flujo$ 'stable1ca conclusiones$

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