Ensayo de Numero de Reynolds

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ Página 14

EXPERIENCIA DE REYNOLDS Escuela de Ingeniería civil

INTRODUCCION

En la experiencia que se realiza por Osborne Reynolds en 1883 propuso el criterio para distinguir ambos tipos de flujo mediante el número que lleva su nombre.

El número de Reynolds es quizá uno de los números adimensionales más utilizados en Mecánica de Fluidos. La importancia radica en que nos habla del régimen con que fluye un fluido, en nuestro caso agua, lo que es fundamental para el estudio del mismo.

Para el estudio del número de Reynolds y con ello la forma en que fluye un fluido es sumamente importante tanto a nivel experimental, como a nivel industrial. A lo largo de esta práctica se estudia el número de Reynolds, así como los efectos de la velocidad en el régimen de flujo. Los resultados obtenidos no solamente son satisfactorios, sino que denotan una hábil metodología experimental. En la experiencia realizada podremos aprender a calcular el número de Reynolds, donde si seguimos los pasos recomendados, podremos llegar al resultado esperado.

OBJETIVOS

De la experiencia realizada en el laboratorio podemos decir los siguientes objetivos:

Describir la apariencia de los tipos de flujo que existen, laminar, transicional y turbulento.

Visualizar el tipo de régimen según el colorante vegetal que desciende con el fluido por el tubo del equipo de Osborne -Reynolds.

Relacionar la velocidad y las propiedades físicas de un fluido, así como la geometría del ducto por el que fluye con los diversos patrones de flujo.

Comprobar analíticamente y comparar los regímenes visualizados y reales para ver si concuerda con lo observado esto se determina hallando el número de Reynolds

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MARCO TEORICO

EXPERIENCIA DE REYNOLDSEste experimento consiste en determinar el régimen de escurrimiento (laminar, turbulento o en transición) en un conducto de sección circular, en función del valor del número de

Reynolds del flujo. El conducto es de paredes transparentes y permite la inyección de un trazador para analizar la estabilidad de las líneas de flujo. El aparato permite regular la velocidad de la corriente en el conducto de modo de generar flujos en los tres regímenes antes indicados. Este aparato permite medir la velocidad del flujo en cada experiencia y la determinación del número de Reynolds correspondiente. ENSAYO DE DEMOSTRACION DE REYNOLDSEl equipo se ha diseñado para efectuar ensayos de Reynolds y visualizarlos. Permite representar la inundación laminar y turbulenta. La inundación se puede ver gracias a un trazado en tinta en un fragmento de tubo transparente.

El equipo se compone básicamente de:- Placa base [1] con las conexiones necesarias para alimentación de agua [11] y conexión de desagüe [10].

- Depósito de reserva de agua [2] con un terraplén de bola para calmar el flujo [9].- Tramo de rebosadero [3] para generar un nivel de presión constante en el depósito de reserva.- Depósito de aluminio [4] para tinta (Permanganato de Sodio) con grifo de dosificación [5] y saliente de entrada de latón [6].- Tramo de tubo de ensayo [8] de plexiglás con pieza de entrada optimizada para inundaciones[7].- Grifo de salida [12] para ajustar el caudal en el tramo de tubo de ensayo.

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NÚMERO DE REYNOLDS

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y la longitud característica del sistema (diámetro de la tubería) de un flujo en una expresión adimensional. Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de Reynolds viene dado por:

ℜ= ρVDμóℜ=VD

υDonde:

ℜ: Número de Reynolds ρ : Densidad del Fluido V : velocidad del fluido D :Diámetro de la tubería μ : viscosidad dinámica υ : viscosidad cinemática

Número de Reynolds y el Carácter del Flujo

En las distintas fases del ensayo, se observan estos tres tipos de flujos:

EL flujo es LAMINAR, cuando el Número de Reynolds es menor de 2300 (izquierda). EL flujo es TRANSICIONAL, cuando el Número de Reynolds varía de 2300 a 4000 (centro). EL flujo es TURBULENTO, cuando el Número de Reynolds es mayor de 4000 (derecha).

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CAUDAL

Es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo. Se denomina también caudal volumétrico o índice de flujo fluido, y que puede ser expresado en masa o en volumen. El cálculo del caudal de agua viene expresado por la ecuación de continuidad:

Q= ∀tóQ=VA

Dónde: Q : Caudal ∀ : Volumen t : tiempo V : velocidad media del fluido A : área de la sección transversal de la tubería

VELOCIDAD MEDIA:

Representa el promedio de la velocidad de todas las partículas de fluido que se mueven a través de una sección de área.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_en_tuber%C3%ADa



EQUIPOS Y MATERIALES

1. FME-06

El módulo consiste en un depósito cilíndrico dotado de una tobera acoplada a un tubo de metacrilato, que permite la visualización del fluido.Un rebosadero garantiza la homogeneidad del caudal y una aguja acoplada a un depósito suministra el colorante. El agua se suministra desde el Banco Hidráulico.La visualización del régimen laminar o turbulento se puede realizar actuando sobre la válvula de control de flujo.ESPECIFICACIONES: Diámetro interior del tubo: 10mm. Diámetro exterior del tubo: 13 mm. Longitud de la tubería: 700 mm. Capacidad del depósito de colorante: 0,3 lt. Capacidad del depósito: 10 litros. La inyección de colorante se regula con una válvula de

aguja.

2. BANCO HIDRÁULICO FME: Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teoría hidráulica y las propiedades de la mecánica de fluidos .Compuesto por un banco hidráulico móvil que se utiliza para acomodar una amplia variedad de módulos, que permiten al estudiante experimentar los problemas que plantea la mecánica de fluidos. Tiene un depósito escalonado (volumétrico) para medir caudales altos y bajos.

Especificaciones Banco hidráulico móvil, construido en poliéster reforzado con fibra de vidrio Bomba centrífuga: 0,37 KW, 30- 80 litros/min, a 20,1- 12,8m, monofásica 220V./50Hz ó 110V./60Hz. Rodete de acero inoxidable.

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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. 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.

3. PROBETA

Es un instrumento volumétrico, hecho de vidrio, que permite medir volúmenes y sirve para contener líquidos.Está formado por un tubo generalmente transparente de unos centímetros de diámetro y tiene una graduación desde 0 ml hasta el máximo de la probeta, indicando distintos volúmenes. En la parte inferior está cerrado y posee una base que sirve de apoyo, mientras que la superior está abierta (permite introducir el líquido a medir) y suele tener un pico (permite verter el líquido medido). Puede estar constituido de vidrio (lo más común), o de plásticoLa Probeta es un instrumento de laboratorio que se utiliza para contener o medir volúmenes de líquidos de una forma aproximada.Las probetas suelen ser graduadas, es decir, llevan grabada una escala (por la parte exterior) que permite medir un determinado volumen.

4. CRONÓMETROReloj muy preciso que puede ser activado y desactivado a voluntad por medio de dos botones.El funcionamiento usual de un cronómetro, consiste en empezar a contar desde cero al pulsarse el mismo botón que lo detiene. Además habitualmente puedan medirse varios tiempos con el mismo comienzo y distinto final.

5. TERMÓMETRO

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http://es.wikipedia.org/wiki/Litro

http://es.wikipedia.org/wiki/Material_volum%C3%A9trico_(qu%C3%ADmica)



El termómetro es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención

ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros

electrónicos digitales.

6. AGUA

7. PERMANGANATO DE SODIO

El permanganato de sodio es un compuesto inorgánico de fórmula NaMnO4. Tiene propiedades similares a del agua y es soluble en agua.

PROCEDIMIENTO

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http://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro_digital

http://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro_digital

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medici%C3%B3n



1. Se procede a la realización del montaje del equipo sobre el Banco Hidráulico.

2. Se coloca en la parte superior del equipo, el depósito que va a contener el

Permanganato de Sodio, siendo éste suministrado por una válvula de aguja.

3. Se deja fluir el Permanganato de Sodio, y de la misma manera se abre la válvula

que regula el flujo de agua.

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4. Con respecto al paso anterior, se observa las distintas formas del flujo del

Permanganato de Sodio, cada una de las formas teniendo su respectivo caudal.

Flujo Laminar Flujo Transicional

Flujo Turbulento

5. Se realiza la medición del caudal, midiendo en volumen en la probeta y tomando el tiempo respectivo para cada proceso a realizarse.

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6. Se procede a tomar la temperatura del agua, en la probeta.

7. Con los datos obtenidos, se calcula el Número de Reynolds.

DATOS Y TABLAS

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DATOS:

DIAMETRO:D=10mm=1cm

AREA:

AREA=π D2

4=π (1)2

4cm2=0.7854 cm2

VISCOSIDAD CINEMATICA:

20 ºC 1.005*10-6 m2/s = 1.005*10-2 cm2/S

30 ºC 0.802*10-6 m2/s = 0.802*10-2 cm2/S

Interpolando para obtener viscosidad cinemática a 26ºC:

26−2030−20

= v−1.007∗10−6

0.804∗10−6−1.007∗10−6

v (26 ºC )=0.8852∗10−6 cm2/s

FÓRMULAS UTILIZADAS:

CAUDAL (Q )=VOLUMENTIEMPO

VELOCIDAD(V )=CAUDALAREA

REYNOLDS (R)= VELOCIDAD∗DIAMETROVISCOSIDADCINEMATICA

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RESULTADOS

N° DE PREUBA Volumen (cm3) Tiempo (s) Caudal (cm3/s)

Caudal Prom. (cm3/s)

Caudal Prom. (m3/s)

EXPERIENCIA DE LABORATORIO

1 152 111.68 1.3610 1.3781 0.0000013781 FLUJO LAMINAR100 70.04 1.4278

105 78.03 1.3456

2 154 54.99 2.8005 2.8433 0.0000028433 FLUJO LAMINAR130 45.31 2.8691

135 47.20 2.8602

3 198 19.48 10.1643 10.1060 0.0000101060 FLUJO TRANSICIONAL202 19.97 10.1152

209 20.82 10.0384

4 221 15.23 14.5108 14.3927 0.0000143927 FLUJO TRANSICIONAL167 11.84 14.1047

233 16.00 14.5625

5 408 10.72 38.0597 38.0513 0.0000380513 FLUJO TURBULENTO350 9.15 38.2514

400 10.57 37.8430

6 805 4.52 178.0973 179.9081 0.0001799081 FLUJO TURBULENTO

698 3.84 181.7708

750 4.17 179.8561

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CUADRO DE RÉGIMEN CALCULADO

NUMERO DE

PRUEBA

Caudal (m3/s)

Velocidad (m/s)

Diámetro (m)

Viscosidad (m2/s)

N Reynolds Tipo de Flujo

1 0.0000013781

0.01754704

0.01 0.000000885 198.226817 LAMINAR

2 0.0000028433

0.03620161

0.01 0.000000885 408.965275 LAMINAR

3 0.0000101060

0.12867303

0.01 0.000000885 1453.604043 LAMINAR

4 0.0000143927

0.18325339

0.01 0.000000885 2070.191974 LAMINAR

5 0.0000380513

0.48448471

0.01 0.000000885 5473.166578 TURBULENTO

6 0.0001799081

2.29066105

0.01 0.000000885 25877.327679

TURBULENTO

GRAFICA

0 0.5 1 1.5 2 2.50

5000

10000

15000

20000

25000

30000

VELOCIDAD VS REYNOLDS

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CONCLUSIONES

El número de Reynolds es quizá el número adimensional más utilizado en cálculos

de ingeniería y su comprensión adecuada resulta fundamental

Como era de esperarse, al aumentar la velocidad de flujo se pasa de un régimen

laminar a uno turbulento, y como consecuencia aumenta el número de Reynolds y

se observa la formación de vórtices.

Se presenta el siguiente cuadro comparativo, ya que dos de ellas no concuerdan con

lo observado en el laboratorio.

OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Se debe de tratar en lo posible de que el permanganato de potasio fluya libremente por el tubo.

Mantener el mismo caudal para evitar q varíen el estado del líquido

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OBS. REGIMEN OBSERVADO REGIMEN CALCULADO CONCLUSIO

N

1 Laminar Laminar

2 Laminar Laminar

3 Transicional Laminar x

4 Transicional Laminar x

5 Turbulento Turbulento

6 Turbulento Turbulento

Ensayo de Numero de Reynolds

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