¡Descarga Determinación del Número de Reynolds en un Sistema de Fluidos en Movimiento y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Mecánica de Fluidos solo en Docsity!
PRACTICA 5. NUMERO DE
REYNOLDS
Universidad Tecnol´ogica de Bol´ıvar
Lina Guerrero Arroyo
Nathalie Tarrifa Salcedo
Abel Pantoja Puche
Laboratorio de Mec´anica de Fluidos
Grupo I
Profesor: David Henao
14 de mayo de 2021
Resumen
El n´umero de Reynolds nos indica el tipo de flujo en un sistema determinado, por lo que es una herramienta ´util en distintas aplicaciones de ingenier´ıa. En este laboratorio, se determina el n´umero de reynolds para un fluido que se mueve por un tubo de manera experimental y te´orica, adem´as se observa c´omo afecta la temperatura y la viscocidad al tipo de flujo predominante en la tuber´ıa. Se encuentra que para valores de velocidad m´as altas se obtiene flujo turbulento, para valores intermedios un flujo transitorio y para velocidades bajas se evidencia un flujo laminar.
1. Introducci´on
El n´umero de Reynolds es uno de los numeros adimensionales frecuentemente uti- lizado en distintos campos de ingenier´ıa, como por ejemplo, en el dise˜no y estudio de los comportamiento de redes y tuberias hidr´aulicas, buques navales, e inclusive en la industria m´edica y cosm´etica, por ende se vuelve de vital importancia entender lo que esta cifra proporciona. Durante toda la pr´actica se estar´a evaluando el n´umero de Rey- nols, as´ımismo como la velociadad, la viscosidad cin´ematica y la temperatura pueden repercutir en los r´egimen de flujos. Se espera obtener cambios en los r´egimen de flu- jos cuando su tempertatura cambie, esperandose un cambio en el n´umero de reynolds, debido que la viscosidad din´amica depende de la temperatura, por ende la viscosidad
cinem´atica tambi´en, por lo cual se espera que a mayores temperaturas la viscosidad sea menor por ende el flujo sera turbulento o desorganizado y viceversa.
2. Objetivos.
2.1. Objetivo General.
- Determinar el regimen de flujo para identificar si se trata de flujo laminar, trans- citorio o turbulento.
2.2. Objetivos Espec´ıficos.
- Calcular el n´umero de reynolds con los par´ametros del sistema
- Definir a partir del n´umero de reynolds el regimen de flujo
- Observar visualmente si se trata de flujo laminar, turbulento o transitorio
- Establecer qu´e tan acertado fue la evaluaci´on visual comparado con el valor dado por el n´umero de reynolds para identificar el tipo de flujo
3. Metodolog´ıa
El equipo se ha dise˜nado para efectuar ensayos de Osborne Reynold y visualizarlos. El equipo de ensayo permite representar la inundaci´on laminal y turbulenta. La inunda- ci´on se puede ver gracias a un trazado en tinta en un fragmento de tubo transparente. El equipo se compone b´asicamente de: (Ver Figura 1)
- Placa base [1] con las conexiones necesarias para alimentaci´on de agua [10] con componente de estrangulaci´on [13] y conexi´on de desag¨ue [10].
- Dep´osito de reserva de agua [2] con un terrapl´en de bola para calmar el flujo [9].
- Tramo de rebosadero [7] para generar un nivel de presi´on constante en el dep´osito de reserva.
- Dep´osito de aluminio [4] para tinta con grifo de dosificaci´on [5] y saliente de entrada de lat´on [6].
- Tramo de tubo de ensayo [8] de plexigl´as con pieza de entrada optimizada para inundaciones [3].
- Grifo de salida [12] para ajustar el caudal en el tramo de tubo de ensayo.
- Cierre los tubos de desag¨ue del grifo de salida [12] y de la conexi´on de desag¨ue [11]. Si utiliza HM150, puede colocar el equipo de forma que el desag¨ue vaya a parar directamente a la pila del HM150. El agua mezclada con tinta no debe caer en la pila del HM150.
- Llene el dep´osito de aluminio [16] de tinta. La v´alvula de bola debajo del dep´osito debe estar cerrada.
Figura 2. Preparativos del equipo
4. Resultados
En esta pr´actica de laboratorio se emplearon unos datos con los cuales se trabajan los c´alculos, estos son la Tabla 7, la Tabla 8 y la Tabla 9. En el caso del ´area que se encuentra en la Tabla 8, es calculada con la ecuaci´on:
A =
d^2
donde d es el di´ametro D dado en la tabla. Por otro lado, se tiene la tabla de datos brutos con la cual se proceden a realizar los c´alculos para la tabla de resultados.
Tabla 1. Tabla de datos brutos.
R´egimen de flujo observado Volumen ( L ) Tiempo ( seg ) Temperatura ( ◦ C ) Turbulento
Turbulento 30 Transitorio 40 Transitorio 60 Laminar 124 Laminar 140 Laminar 250 Laminar 340
Para llenar la tabla de resultados se necesita calcular la descarga Q del fluido, la velocidad v , tener la viscosidad cinem´atica de este mismo fluido pero con la temperatura de 26 ◦ C y por ultimo el c´alculo del n´umero de Reynolds para determinar cual es el r´egimen de flujo clasificado
4.1. C´alculo de la descarga Q
El c´alculo de la descarga Q se resuelve con la ecuaci´on
Q = Av
donde A es el ´area y v la velocidad, pero no a´un no se tiene la velocidad para cada ensayo
por lo que se hace uso de la ecuaci´on Q =
V
t
, donde para este caso V es el volumen de
fluido que se utiliza en cada ensayo y t el tiempo que emplea este en descargarse por completo.
4.2. Calculo de la velocidad
Para el c´alculo de la velocidad se utiliza la formula de la descarga y se despeja la velocidad, quedando as´ı la ecuaci´on:
v =
Q
A
la descarga Q es la calculada anteriormente de cada ensayo.
Tabla 3. Tabla de resultados con una temperatura de 10 ◦ C.
R´egimen de flujo observado Descarga^ Q^ ( m
(^3) /seg ) Velocidad v ( m/seg ) cinem´^ Viscosidadatica v ( m^2 /seg )
N´umero de Reynolds
R´egimen de flujo clasificado mediante el n´umero de Reynolds Turbulento 4 , 166 E −^5 0,
1 , 31 E −^6
4059,039 Turbulento Turbulento 3 , 333 E −^5 0,424 3247,231 Transitorio Transitorio 2 , 50 E −^5 0,318 2435,423 Transitorio Transitorio 1 , 667 E −^5 0,212 1623,615 Laminar Laminar 8 , 064 E −^6 0,102 785,620 Laminar Laminar 7 , 142 E −^6 0,090 695,835 Laminar Laminar 4 , 00 E −^6 0,050 389,667 Laminar Laminar 2 , 941 E −^6 0,037 286,520 Laminar
Tabla 4. Tabla de resultados con una temperatura de 20 ◦ C.
R´egimen de flujo observado Descarga^ Q^ ( m (^3) /seg ) Velocidad v ( m/seg ) cinem´^ Viscosidadatica v ( m^2 /seg )
N´umero de Reynolds
R´egimen de flujo clasificado mediante el n´umero de Reynolds Turbulento 4 , 166 E −^5 0,
1 , 00 E −^6
5294,575 Turbulento Turbulento 3 , 333 E −^5 0,424 4235,6601 Turbulento Transitorio 2 , 50 E −^5 0,318 3176,745 Transitorio Transitorio 1 , 667 E −^5 0,212 2117,830 Transitorio Laminar 8 , 064 E −^6 0,102 1024,756 Laminar Laminar 7 , 142 E −^6 0,090 907,641 Laminar Laminar 4 , 00 E −^6 0,050 508,279 Laminar Laminar 2 , 941 E −^6 0,037 373,734 Laminar
Tabla 5. Tabla de resultados con una temperatura de 30 ◦ C.
R´egimen de flujo observado Descarga^ Q^ ( m (^3) /seg ) Velocidad v ( m/seg ) cinem´^ Viscosidadatica v ( m^2 /seg )
N´umero de Reynolds
R´egimen de flujo clasificado mediante el n´umero de Reynolds Turbulento 4 , 166 E −^5 0,
8 , 02 E −^7
6614,918 Turbulento Turbulento 3 , 333 E −^5 0,424 5291,934 Turbulento Transitorio 2 , 50 E −^5 0,318 3968,951 Transitorio Transitorio 1 , 667 E −^5 0,212 2645,967 Transitorio Laminar 8 , 064 E −^6 0,102 1280,306 Laminar Laminar 7 , 142 E −^6 0,090 1133,986 Laminar Laminar 4 , 00 E −^6 0,050 635,032 Laminar Laminar 2 , 941 E −^6 0,037 466,935 Laminar
Tabla 6. Tabla de resultados con una temperatura de 40 ◦ C.
R´egimen de flujo observado Descarga^ Q^ ( m
(^3) /seg ) Velocidad v ( m/seg ) cinem´^ Viscosidadatica v ( m^2 /seg )
N´umero de Reynolds
R´egimen de flujo clasificado mediante el n´umero de Reynolds Turbulento 4 , 166 E −^5 0,
6 , 58 E −^7
8062,56044 Turbulento Turbulento 3 , 333 E −^5 0,424 6450,048 Turbulento Transitorio 2 , 50 E −^5 0,318 4837,536 Turbulento Transitorio 1 , 667 E −^5 0,212 3225,024 Transitorio Laminar 8 , 064 E −^6 0,102 1560,495 Laminar Laminar 7 , 142 E −^6 0,090 1382,153 Laminar Laminar 4 , 00 E −^6 0,050 774,005 Laminar Laminar 2 , 941 E −^6 0,037 569,121 Laminar
5. Discusi´on de resultados
En esta pr´actica de laboratorio se hace ´enfasis en el n´umero de Reynolds pero como se mostr´o anteriormente (4.3) este a su vez depende de otras variables mas que todo del tiempo y la temperatura, para este caso.
5.1. Comparaci´on entre el r´egimen de flujo observado y el clasificado me- diandote el n´umero de Reynlods
Por otro lado, si observamos la Tabla 2 se puede notar que el r´egimen de flujo observado es igual al r´egimen de flujo clasificado mediante el n´umero de Reynolds, esto comprueba que la clasificaci´on visual tomado para los flujos de cada ensayo si son correctos.
5.2. Diferencia entre flujo laminar y turbulento.
Estos dos flujos se distinguen de varias formas, es decir, son varios los aspectos los cuales los hace distintos entre si. Las car´acter´ısticas que destacan del flujo laminar al turbulento son la velocidad con la que se mueve el flujo y el comportamiento que tiene este en un sistema de tuber´ıas es totalmente calmado sin sing´un movimiento brusco y arbitrario, en cambio el flujo turbulento es todo lo contrario al laminar.
5.3. Relaci´on entre el tiempo de descarga del volumen de agua y el r´egimen de flujo
Como el r´egimen de flujo se puede determinar a partir del n´umero de Reynoldsy a la vez fue comprobado anteriormente en los resultados, se puede decir que apartir de la ecuaci´on 4.3 uno de los factores dependientes es la velocidad y esta misma es dependiente del tiempo por lo que conlleva a que el tiempo de descarga del litro de agua tambien sea el factor del cual depende el r´egimen de flujo.
la viscosidad, la cohesi´on de las part´ıculas del fluido es d´ebil mientras su temperatura sea menor. de tal forma que al ser mayor la temperatura, las part´ıculas del flujo se moveran entre si con mayor rapidez debido a que aumenta la energ´ıa cin´etica y esto har´a que el flujo tenga mayor velocidad por lo que afectar´a aumentando al n´umero de Reynolds.
6. Conclusiones
Se lograron los objetivos propuestos para la pr´actica y se obtuvieron observaciones con respecto al mismo. En primera instancia concluimos que el tipo de flujo se puede determinar visualmente as´ı como con el n´umero de Reynolds. Adem´as, el n´umero de Reynolds es un n´umero adimensional ´util en los casos en los que no es posible observar el flujo, como cuando el fluido fluye por una tuber´ıa opaca. As´ı mismo, el n´umero de Reynolds es directamente proporcional a la velocidad e inversamente proporcional a la viscocidad. Y como observaci´on final se establece que se tiene flujo laminar a bajas velocidades mientras que el flujo turbulento se presenta a velocidades m´as altas.
7. Anexos
Tabla 7. Tabla de tiempos de descarga del volumen de agua.
Descripci´on t (seg) Turbulento 24 Turbulento 30 Transitorio 40 Transitorio 60 Laminar 124 Laminar 140 Laminar 250 Laminar 340
Tabla 8. Tabla de datos suministrados y calculados.
Valores Unidades D 10 mm D 0.01 m V 1 L V 0.001 m^3 Area 7 , 8539 E −^5 m^2
Tabla 9. Tabla de valores de la viscosidad din´amica del agua.
Viscosidad cinem´atica T ◦ C Valor Unidades
Agua
10 1 , 31 E −^6
m^2 s
20 1 , 00 E −^6
26 8 , 76 E −^7
30 8 , 02 E −^7
40 6 , 58 E −^7
8. Referencias
- Ahmari, H. (2019c, agosto 14). Experiment 7: Osborne Reynolds’ Demonstration
- Applied Fluid Mechanics Lab Manual. Pressbooks. https://uta.pressbooks.pub/appliedfluidmechanics/chapter/experiment-7/
- Demostraci´on del experimento de reynolds, gu´ıa suministrada por el docente. https://savio.utb.edu.co/pluginfile.php/1345254/mod resource/content/ 3 /GU IA
