Regímenes de flujo calculo numero de reynolds PDF

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calculo numero de reynolds, cuba de reynolds...

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"AÑO DEL DIÁLOGO Y RECONCILIACIÓN NACIONAL" UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS TEMA: INFORME REGIMENES DE FLUJO PROFESOR: TURNO: 01T

GRUPO: 90G

INTEGRANTES: 1. CONDORI TURIN LUIS ENRIQUE

CALLAO - PERÚ 2018

1423125129

EXPERIENCIA No. 3. REGÍMENES DE FLUJO 1. INTRODUCCION 1.1. Visualizar los distintos regímenes de flujo en una tubería. 1.2. Determinar los números de Reynolds correspondientes a los regímenes de flujo visualizados. 2. MARCO TEÓRICO Para la visualización de flujo en tuberías es importante conocer que una línea de corriente es una curva que, en todas partes, es tangente al vector velocidad local instantáneo. Así mismo, una línea de trayectoria es la trayectoria real recorrida por una partícula de fluido durante algún periodo. Para ello se implementa un trazador constituido de un colorante azul que nos ayuda a distinguir el tipo de régimen de flujo que se presenta. Entre esos esta, cuando un líquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en líneas paralelas a lo largo del eje del tubo, a este régimen se le conoce como flujo laminar, conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada velocidad critica, el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos, a este régimen se le conoce como flujo turbulento. El paso de régimen laminar a turbulento no es inmediato, sino que, existe un comportamiento intermedio indefinido que se conoce como régimen de transición. 2.1. Numero de Reynolds Numero adimensional que permite distinguir o identificar los diferentes regímenes de flujo. Relaciona las propiedades físicas del fluido, su velocidad y la geometría del ducto que por el fluye y está dado por: V∗D v Para conductor cerrados, donde: N R :numero de Reynolds

NR :

V: velocidad D: diámetro del ducto v: viscosidad cinemática

Ilustración 1 Flujo laminar de transición y turbulento

Una inspección cuidadosa del flujo en una tubería revela que el flujo de fluidos es de líneas de corriente aproximadamente paralelas a bajas velocidades, pero se vuelve caótico conforme la velocidad aumenta sobre un valor crítico. Se dice que el régimen de flujo en el primer caso es laminar, y se caracteriza por líneas de corriente suave y movimiento sumamente ordenado; mientras que en el segundo caso es turbulento, y se caracteriza por fluctuaciones de velocidad y movimiento también desordenado. La transición de flujo laminar a turbulento no ocurre repentinamente; más bien, sucede sobre cierta región en la que el flujo fluctúa entre flujos laminar y turbulento antes de volverse totalmente turbulento. Se deben tener en cuenta los siguientes rangos teniendo en cuenta el número de Reynolds para cada tipo de régimen o flujo.

 Para valores de Re ≤ 2000 el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas, que interactúan solo en función de los esfuerzos tangenciales existentes. Por eso a este flujo se le llama flujo laminar. El colorante introducido en el flujo se mueve siguiendo una delgada línea paralela a las paredes del tubo.  Para valores de 2000 ≤ Re ≤ 4000 la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina de transición.  Para valores de Re ≥ 4000, después de un pequeño tramo inicial con oscilaciones variables, el colorante tiende a difundirse en todo el flujo. Este régimen es llamado turbulento, es decir caracterizado por un movimiento desordenado, no estacionario y tridimensional. Este número recibe su nombre en honor de Osborne Reynolds (1842-1912), quien lo describió en 1883. A continuación explicaremos otras definiciones que no sea útiles

2.2.

Definición de fluido.

Un fluido es todo cuerpo que tiene la propiedad de fluir, y carece de rigidez y elasticidad, y en consecuencia cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma y adoptando así la forma del recipiente que lo contiene. Los fluidos pueden ser líquidos o gases según la diferente intensidad de las fuerzas de cohesión existentes entre sus moléculas.

2.3.

Viscosidad cinemática.

La viscosidad cinemática de un fluido es su viscosidad dinámica dividida por su densidad. Se puede definir como la resistencia a fluir de un fluido bajo la acción de la gravedad. Sus unidades en el sistema internacional son m 2 / s , y en el sistema inglés ft 2 / s . 2.4. Caudal Cantidad de fluido que circula a través de una superficie (tubería, cañería, oleoducto, río, canal...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Las unidades con la que se representan generalmente son: m 3 /seg o Lt/seg. Para la práctica se tuvo en cuenta la siguiente ecuación: V Q= t Donde Q = Caudal. V = Volumen. m3 t = Tiempo s

3. RESUMEN DE LA PRÁCTICA 3.1. Nivele el equipo. 3.2. Tome la temperatura de agua y determine el valor de la viscosidad cinemática utilizando una tabla T  . 3.3. Establezca cuidadosamente el número de vueltas que da la válvula de descarga de la tubería de vidrio, desde la posición de cerrada hasta la posición de completamente abierta. Calcule y anote el número de vueltas que le corresponde a 1/5 de abertura total, y a 2/5, 3/5, 4/5, y5/5 de la abertura total. 3.4. Agregue agua en la cuba de Reynolds hasta el nivel máximo del vertedero de rebose. Dejar reposar la masa de agua 3.5. Diluya el tinte colorante en agua y viértalo en su recipiente, asegurándose previamente de que la válvula del depósito de tinta esté cerrada. 3.6. Abra la válvula de descarga para la primera posición (1/5 de abertura total). El nivel de agua en la cuba deberá permanecer constante, es decir al nivel del rebose del vertedero, para lo cual deberá verter en la cuba tanta agua como la que desagua por la válvula de descarga. 3.7. Abra la válvula del depósito de colorante y observe el tipo de flujo. Anote en su tabla de resultados. 3.8. Mida el tiempo que demora en descargar un volumen de agua (aprox. 1 litro) por la tubería de vidrio. Efectúe tres mediciones y anote los resultados en la tabla de datos. 3.9. Repita los pasos 4 al 8 para las demás posiciones de abertura de la válvula.

Ilustración 2 Visualización de flujo laminar, transición y turbulento

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para comprender los regímenes de flujo, en nuestro laboratorio se procedió a inyectar una corriente muy fina de líquido de color azul en una tubería transparente de acrílico que contiene otro fluido (agua), se pueden observar los diversos comportamientos del líquido conforme varia la velocidad y/o se abre la llave 4.1. Al empezar abrir la llave a 1/5 de de su totalidad ,el Azul de metileno aparece como una línea perfectamente definida, después de un tiempo, ya que nuestra boquilla no estaba perfectamente limpia, lo corroboramos con nuestro resultados obtenidos para el numero de Reynolds en la primera medida, el cual es Re=606.6, el cual comprueba que este flujo es laminar ya que el Re es menor a 2000, (ilustración Ilustración 3 flujo a 1/5 de abertura 3), también calculamos que el fluido tiene una velocidad de 0.0239 m /s .

4.2.

Luego al abrir la llave a 2/5 de su totalidad el azul de metileno se va dispersando a lo largo de la tubería y por su condición no podemos definir a simple vista la clase de régimen de flujo que es ,pero con nuestros resultados obtenidos en laboratorio obtenemos un numero de Reynolds de Re=1752.1 el cual teóricamente estaría en régimen de flujo de transición o región critica al estar el número de Reynolds entre 2000y 4000 (Ilustración 5), con una velocidad de 0.0693 m /s

4.3.

Ilustración 4 Flujo a 2/5 de abertura

Luego al abrir llave, a toda su capacidad por ende hay una mayor velocidad del fluido , en el régimen se vuelve mucho más discontinuo y desordenado pareciera a simple vista que estamos ante un flujo turbulento, el azul de metileno se difunde a través de toda la corriente el movimiento sigue siendo caótico, también calculamos la velocidad en 0.1385 m /s un aumento considerable , la velocidad es el único parámetro que afecta en

nuestro número de Reynolds el cual nos da un valor de Re=3504.9, teóricamente nuestro flujo está en la zona de transición o critica de 2000 a 4000 (Ilustración 6 )

5. CONCLUSIONES

Ilustración 7 flujo con el apertura total

Para concluir, se pudo observar que en el régimen laminar la tinta se deslizaba suavemente como si fueran líneas, de forma muy suave sin mayores perturbaciones, en el régimen de transición el flujo empezó a portarse desordenado, presentaba pequeños torbellinos o fluctuaciones y finalmente con la abertura total la tinta se movía caóticamente, con remolinos. Se pudo evidenciar, que el régimen de flujo evidentemente depende de l la velocidad del flujo por ende del caudal, puesto que a medida que el caudal aumentaba la tinta se dispersaba más caóticamente y pasaba más rápido, hasta el punto de dispersarse totalmente en el tubo. También se pudo conocer que el rango de caudales para el régimen laminar es muy limitado y que cualquiera fluctuación de esta, ocasiona que el Reynolds pase a la zona de turbulencia, lo cual concuerda con la literatura, puesto que el diagrama de moody muestra que lo grande que es la zona de turbulencia. Finalmente, el Reynolds es un parámetro importante a la hora de diseñar un sistema que involucre los fluidos, ya que dependiendo de lo que se requiera trasportar, y los equipos que se requieran usar, el Reynolds influye en esta decisión.

6. BIBLIOGRAFÍA

6.1. 6.2.

Facultad de Ing. civil Universidad de la Costa, Guía de lab.Mec.Fluidos (2009)

6.3.

Mott, R. L. (2006). Mecánica de fluidos. mexico: Pearson Educacion .

División recursos hídricos y medio ambiente U.CHILE, Guía Laboratorio Mec.Fluidos, 2008.

7.

APÉNDICES 7.1. Cálculos Típicos: Determinación del caudal volumétrico Use la fórmula:

Q=

∀ t

=

volumen en m3, t en segundos. 7.1.1.1. Medida 1 Para 1/5 de la fracción de abertura total 0.0005 −5 =1.209 x 10 m 3 /s Q1= 41.35 7.1.1.2.

Medida 2 Para 2/5 de la fracción de abertura total 0.0005 −5 =3.51 x 10 m3 /s Q2= 14.26

7.1.1.3. Medida 3 Q3=

Para 5/5 de la fracción de abertura total

0.0005 =7.02 x 10−5 m 3 /s 7.12

7.1.2. Determinación de la velocidad del fluido en la tubería. De la fórmula del caudal: Q , A es el área de la sección transversal de la tubería. A 7.1.2.1. Medida 1 1.209 x 10−5 V 1= =23.86 x 10−3 =0.0239 m/s −4 5.067 x 10 V=

7.1.2.2. Medida 2 V 2=

3.51 x 10−5 =69.27 x 10−3 =0.0693 m/s −4 5.067 x 10

7.1.2.3. Medida 3 V 3=

7.02 x 10−5 =138.54 x 10−3=0.1385 m /s −4 5.067 x 10

7.1.2.4. 7.1.3. Determinación del número de Reynolds ℜ=

El número de Reynolds, para tuberías, es:

V ∗D v

D es el diámetro de la tubería.  es la viscosidad cinemática del agua a la temperatura de ensayo ( De tabla). El diámetro de la tubería es 0.0254m y la viscosidad cinemática es 1.004x10-6 m2/s

7.1.3.1.

Medida 1

ℜ1=

7.1.3.2.

23.86 x 10−3∗0.0254 =603.6 1.004 x 10−6

Medida 2 69.27 x 10−3∗0.0254 ℜ2= =1752.1 1.004 x 10−6

7.1.3.3. Medida 3 ℜ3=

138.54 x 10−3∗0.0254 =3504.9 −6 1.004 x 10

7.2.

7.3.

TABLAS DE DATOS a. Datos de Laboratorio. El diámetro de la tubería de vidrio es 0.0254 m. y el área de la tubería sería:

π

0.02542 D2 =5.067 x 10−4 m 2 =π 4 4

b. Mediciones y Resultados

Temperatura del agua = 20ºC

Viscosidad cinemática = 1.004x10-6 m2/s.

 Abertura de 3 (m ) válvula (fracción de abertura total) 1/5 500ml

t prom. (s)

Q prom. (m3/s)

41.35

1.209 x 10

2/5

500ml

14.26

5/5

500m l

7.12

V (m/s)

Número de Re

Tipo de flujo Observado Teórico

23.86 x 10

−3

603.6 laminar

laminar

3.51 x 10

69.27 x 10

−3

1752.1 Transición

Transición

7.02 x 10−5

138.54 x 10−

3504.9 Turbulento

Transición

−5

−5...