laboratorio 1 determinación de tipos de flujo según Reynolds PDF

Preview

Summary

UNIVE RSIDAD TECNOLÓGI CA METROPOL ITANAeterm‘naci dede segun ReynoldsExperiencia N‘Eduardo Silva Escalante (21 0)Mecánica de FluidosProfesor Pablo DomínguezAño referencial, pues hay publicaciones que indican que fue en1IntroducciónEl número de Reynolds es un numerD adimensional utilizadD en la Mecá...

Description

UNIVE RSIDAD TECNOLÓGI CA METR

eterm‘naci de segun R Experiencia N

Introducción El número de Reynolds es un numerD adimensional uti diseñadD de reactores y fenómeno de transportes para fluido. Este número recibe su nombre en honor de Osbo una serie de experimentaciones llego a su conclusión en

EL número de Reynolds (Re) relaciona la densidad, viscosid de un flujo en una expresión a dimensional

dinámica de fluidos.

9ue intervi

Dicho número o combinación a dimensional aparece en hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (nú transición o turbulento (número de Reynolds grande).

EL Número de Reynolds permite caracterizar la naturale un flujo laminar o de un flujo turbulento, además, ind tendencia del flujo hacia un régimen turbulento respec relativa de este estado dentro de una longitud determina

Objetivos Objetivo General •

Observar los diferentes regímenes de flujo de flujo

Esquema de instalaciones

Bomba

Esquema 1: Instalación del labo El es9uema 1 nos muestra la instalaciDn vista en el Iaborat

principal y uno secundario) que contienen agua, dond de agua a través de un tan9ue secundario, de modo d (superior) con un nivel de agua intermedio el tanque

Universidad Tecnológica ble tropolitana F acult acl de ingeniería Escuela ble industria

Imagen 1: Profesor regula caudal de agua de modo d algún régimen (laminar, transici6n o turbulento).

Dentro de la tubería transparente es donde tamb potasio, colorante altamente distinguible (rojizo) respe entrar en movimiento es posible identificar el permanganato de potasio también tiene un pequeñ

Marco Teórico Reynolds estudió las características de flujo de los fluid

fluía por una tubería. A velDcidades bajas del líquido, en la dirección axial. Sin embargo a mayDres velocidade desorganizan y el trazador se dispersa rápidamente desp El flujD lineal se denomina Laminar y el flujo errático ob líquido se denomina Turbulento.

Las características f ue condicionan el flujo laminar de 9Llido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta las cuales son contrarrestadas por la fricción o fuerzas vis Cuando estas fuerzas Dpuestas alcanzan un cierto equil características del flujo. En base a los experimentos re concluyó que las fuerzas del momento son función de tubería y de la velDcldad media. Además, la fricción o fue del 9LIIdo. Según dicho análisis, el Número de Rey existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o Este número es adimensional y puede utiliz arse para dentro de una tubería. El número de Reynolds proporciona una indicación de la efectos viscosos. Cuando las fuerzas viscosas tienen un efe

FIujo Caminar° Se Ilama flujo laminar o corriente Caminar al tipo de movim perfectamente ordenado, estratificado, suave de manera paralelas sin entre mezclarse si la corriente tiene lugar ent La pérdida de energía es proporcional a la velocidad m forma de una parábola, donde la velDcidad máxima se velocidad es igual a cero en la pared del tubo, véase imag

Imagen 4: distribución de la velocidad laminar, líneas de corrientes son para

Se da en fluidos con velocidades bajas o viscosidades número de Reynolds es inferior a 2 00.

Flujo turbulento S Il

fl j t b l t

i

t t b l

t

l

i i

Se da en fluidos donde el número de Reynolds es mayor

Aplicación de flujos laminar y turbulento en El concepto de Flujo laminar y turbulento son con aerodinámica , que es vital en la Fórmula 1. Desde que lo Colin Chapman 7 en el Gran Premio de Mónaco de 1968 marca la diferencia. La aerodinámica es una rama de la M e se dedica al estudio del mDVimiento de los fluidos y s caso, sobre los monDplazáS. Es lógico, por tanto, dar una d

Viscosidad y compresibilidad son las dos prDpiedades m fluidos; aun9ue a velocidades inferiores a la del sonido, co prácticamente incompresibles. Por ello, la viscosidad, es de entre las capas de partículas, es el factor clave.

Imagen 6: Flujo de aire, a través de la represen

Así pasa sucesivamente, las capas friccionan y se opon cada vez con menos fuerza hasta f ue la fricción se disip normalidad. Esta región alrededor del mDnoplaz• 9ue va la capa cuya velocidad es aproximadamente la misma q

con el vehículo es la capa límite. Es una región dent viscosidad son muy significativos y su estudio es muy im cualquier vehículo.

AI estudiar el comportamiento del aire alrededor de un au éste fluye en láminas o capas de partículas, unas enc normales, tienen un movimiento ordenado. En las capas los efectos de la fricción entre auto y aire no son importan

Régimen Caminar y turbulento Las partículas de aire fluyen en láminas separadas y de f fórmula 1 transita solo en la pista, pues si fuese en carrera e de explicar. Sin embargo, el espesor de la capa límite alrededor del auto o cualquiera de sus elementos en may factores como, por ejemplo, la forma de éste y el án respecto a las partículas del fluido (aire).

Por lo anterior es importante el estudio de los regímene diseño: las formas de los elementDs aerDdinámicos deben s de f ue la capa límite discurre en régimen laminar. Por ejem una sola pieza, sino f ue están formados por dos planos se

lmagen 8: Diferent el vista de aSeran es de autos

Si el alerón trasero estuviera formado pDr un soID plano, la

9ue sería imposible evita 9u e se desprendiera la capa lími desprenderse la capa límite de la parte inferior del ale pegado dl FrIiSFFID 9ue prov• 9ue succión al pasar y ge

l ó

h

t d

é did

Al di idi

l l ó

Método experimental La metodología experimental se guia principalmente en laminar y turbulento, así también conDcer los e9uipos util

Primero medimos la temperatura del agua a temperatura verifiCamos f ue lDs estanques principal y secundario ( óptimos de agua y que el colorante (permanganato de Po Luego de verificar lo anterior efectuamos 13 medici diferentes tipos de salidas de agua y colorante hacie observado en cada medición mediante la regulació simultáneamente regulamos el flujo con la válvula, utiliz nDs entrega el volumen de agua en un periodo de tiemp forma de calcular el caudal observado en cada medic experimentalmente el número de Reynolds en función de

Datos y Resultados En esta experiencia se logró obtener datos de 13 diferente cuales obtenemos el caudal del tubo transparente. El es como fluye el colorante en el flujo de agua. Dichos datos

Tabla N- 1.

Medici ón

2

3 4

5 7

9 10

11 IZ 13

Volumen (cm’)

Volumen (m’)

210 295 250 650 410 810 950 1000 1120 1550 1700 2020 239LI

2,10E-04 2,95E-04 2,50E-04 6,50E-04 4,10E-04 8,10E-04 9,50E-04 1,00E-03 1,12E-03 1,55E-03 1,70E-03 2,02E-03 2,39E-03

T

Tabla 1: Datos obtenidos mediante la experimentación en * Se marca pues se indica que a modo de observación no

Viscosidad del agua a 14,5 ”C obtenido mediante interpo T•C

Viscoci dad (

14 14,5 1S

Nabla 3: Viscosidad del agua en fu

Densidad del agua a 14,5 ”C10 obtenido mediante interpola DC

Densidad (Kg/ 14 14,5 1S

Tabla 4: Oensidad del gua en funci

Con los datos obtenidos en la tabla 1 se puede calcular e volumen obtenido a 10 segundos, dado par la siguiente e

Medi ción

Volumen (cm’)

Volumen (m’)

1 2

310 295

3,10E-04 2,95E-04

Tiem

Universidad Tecnológica ble tropolitana F acult acl de ingeniería Escuela ble industria

Con el caudal y el área se puede calcular la velocidad m forma:

A

Medición 1

4

7 8

9

Caudal Q (Volumen/tiemp o) 3,10E—OS 2,95E—OS 3,50E—OS 6,50E—OS 4,10E—OS 8,10E—OS 9,50E—OS 1,12E—04

había 6: Cálculo de la velocidad media en

Para el cálculo de la velocidad en el casa de los flujos lamin tiene una forma parabólica; de la siguiente forma:

Fmm=2•FmeQ De la misma manera, la velocidad máxima para un flujo tu forma:

trna

Medi ción

4

9 0 1 12

0,81 Prne4

Caudal Q (Volumen/tiempo)

Velocida media:

(O/A)

3,10E-ß5 2,9SE-ß5 3,S0E-ß5 6,50E-05 4,10E-05 8,10E-05 9,S0E-0S

0,ß39 0,ß37 0,044 0,082 0,052 0,102 0,120

1,00E-D4 1,12E-D4 1,S5E-D4 1,70E—D4 2 02E D4

0,126 0,141 0,196 ß,21S ß 255

Final mente con los datos calculados de la tabla 5 y tabla de Reynolds en función del caudal con la siguiente expres

Re ——

También a modo de comprDbac\ón se calcula en función siguiente expresión:

Re ——

Mc dición 1 2 3 4 5 6 7 9 10

N’ de Be yn olds N' de Re Cau dal Q (enunGóndeV, {En fu n (Volumen/tic mpo) D. P ¥P) Q de p, 107 3,1DE-OS 1075,535134 2,95E OS 1023,493111 121 3,5DE OS 1214,313861 6,50E-0E 225 2255,154313 4,10E 0E 1422,481951 142 2810,26922 8,10E-0E 28 9,50E-0E 3295,994765 329 1,00E 04 3469,468173 346 1,12E-04 3885,804354 3885 1,55E 04 537

Discusión y conclusiones De esta primera experiencia para encontrar el número d nDs permitió constatar la efectividad que pDsee la laboratorio, pues la mayoría de las mediciDnes se di clasificado y observado en el laboratorio con los c velDcidad media, etc.). A la hora de clasificar los regímenes entre laminares, d

dimos cuenta 9ue es más fácil saber cuándo es Caminar transición a turbulento, pues en este paso se creó cierta ince

zanjada con el cálculo experimental.

La medición 9 que genero cierta duda saber a simple vist turbulento, se constató experimentalmente f ue la estima de transición) Puedo completamente respaldado con el de 3885.8, en este caso el valor está muy cerca del valo 40 0), pero se observó bien en el laboratorio. De las clasificaciones observadas en el IabDratorio (Lam damos cuenta que todas resultaron exitosas, ob observaciones.

El númerD de Reynolds tiene un sinfín de aplicaciones e tales como viajar en avión y la ingeniería que se a “turbulencias”, en el fútbol y la aerodinámica f ue hay det bicicletas, persDnas que hacen running, etc. En este ca 9u e ocurre con lDs autos de la fórmula uno, el cual el cá

que circulan alrededor de él es fundamental para hace más rápidos y de esta forma descDntar segundos f ue pu una carrera. En este IabOFatoriD fuentes de error hay muy pocas, una d observado cDn el cronDmetro (imagen 2), o el volumen vis (imagen 3), l• f ue se constata y coincide finalmente en el Reynolds, en el cual el régimen observado en el laboratori mismo constatado de forma práctica cDn las formulas entr

Universidad Tecnológica Metropolitana Facultad de ingeniería Escuela de industria...