INDIC E

I. INTRODUCCIÓN............................................................................3

II. OBJETIVO.....................................................................................4

III. FUNDAMENTOTEORICO......................................................................4

A. FLUJOLAMINAR..........................................................................4B. FLUJO TURBULENTO...................................................................4

C. REGIMEN DE TRANSICIO...........................................................5

D. EL NUMERO DE REYNOLDS...........................................................5

IV. EQUIPOS Y MATERIALES...............................................................8

1. Banco Hidráulico.........................................................................8

2. Equipo De Demostración De Osborne Reynolds (FME06) ........9

3. Colorante ............................................................................10

4. Termómetro...........................................................................10

5. Probeta ...............................................................................11

6. Cronometro .....................................................................11

V. PROCEDIMIENTO DE TOMA DE DATOS.........................................12VI. DATOS ...................................................................................13

VII. CALCULOS ................................................................................13

VIII. RESULTADOS ...........................................................................14

IX. CONCLUSIONES ...........................................................................15

X. BIBLIOGRAFIA..............................................................................16XI. ANEXOS .......................................................................................16

I. INTRODUCCIÓN

En el presente informe reviviremos la experiencia de laboratorio que realizo el profesor Osborne Reynolds y comparar el régimen visualizado con el régimen calculado.

El profesor Reynolds realizo trabajos sobre flujos turbulentos, modelización hidráulica, transferencia de calor y fricción. Sus estudios sobre el origen de la turbulencia fueron muy importantes para la Mecánica de Fluidos, como se deduce a partir del uso general hoy en día de términos tales como número de Reynolds, tensiones de Reynolds y ecuaciones de Reynolds.

Para visualizar las características de los flujos laminar y turbulento, Reynolds empleó un colorante(permanganato de potasio) inyectado en una corriente de agua del interior del tanque de Reynolds (que está elevado respecto al suelo),el cual es vertido a través de un conducto transparente horizontal que, ya fuera del tanque, va conectado a una tubería descendente de desagüe. Debido al desnivel entre la superficie libre del tanque y el desagüe es que se produce esta conducción de agua. Al final de la tubería hay una válvula de regulación para controlar el caudal de agua desalojado.

II. OBJETIVOS

Hallar el número de Reynolds en el laboratorio a través del cálculo con los datos obtenidos.

Describir visualmente si el flujo es laminar, transicional o turbulento. Comparar la clasificación de flujo obtenido de manera visual con

clasificación obtenida mediante los datos y cálculos obtenidos.

Graficar el diagrama del número de Reynolds con respecto a la velocidad y al caudal.

III. FUNDAMENTO TEORICO

A. FLUJO LAMINAR

Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales como, por ejemplo la glicerina en un tubo de sección circular. Las capas no se mezclan entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que este flujo es aerodinámico. En el flujo aerodinámico, cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente.

Se da en fluidos con velocidades bajas o viscosidades altas, cuando se cumple que el número de Reynolds es inferior a 2300. Más allá de este número, será un flujo turbulento. La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar:

Esta ley establece la relación existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de deformación angular. La acción de la viscosidad puede amortiguar cualquier tendencia turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar. En situaciones que involucren combinaciones de baja viscosidad, alta velocidad o grandes caudales, el flujo laminar no es estable, lo que hace que se transforme en flujo turbulento.

B. FLUJO TURBULENTO

En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.

Las primeras explicaciones científicas de la formación del flujo turbulento proceden de Andréi Kolmogórov y Lev D. Landau (teoría de Hopf-Landau). Aunque la teoría modernamente aceptada de la turbulencia fue propuesta en 1974 por David Ruelle y Floris Takens.

C. REGIMEN DE TRANSICION

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.

D. EL NUMERO DE REYNOLDS

El número de Reynolds (Re) es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Este número recibe su nombre en honor de Osborne Reynolds (1842-1912), quien lo describió en 1883.

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande). Desde un punto de vista matemático el número de Reynolds de un problema o situación concreta se define por medio de la siguiente fórmula:

ℜ=ρ vsD

μ

O equivalentemente por:

ℜ=vsD

υ

Dónde:

ρ: Densidad del fluido.vs: Velocidad característica del fluido.D: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema.

μ: Viscosidad dinámica del fluido.υ: Viscosidad cinemática del fluido.

Como todo número adimensional es un cociente, una comparación. En este caso es la relación entre los términos convectivos y los términos viscosos de las ecuaciones de Navier-Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos.

Por ejemplo un flujo con un número de Reynolds alrededor de 100.000 (típico en el movimiento de una aeronave pequeña, salvo en zonas próximas a la capa límite expresa que las fuerzas viscosas son 100.000 veces menores que las fuerzas convectivas, y por lo tanto aquellas pueden ser ignoradas. Un ejemplo del caso contrario sería un cojinete axial lubricado con un fluido y sometido a una cierta carga. En este caso el número de Reynolds es mucho menor que 1 indicando que ahora las fuerzas dominantes son las viscosas y por lo tanto las convectivas pueden despreciarse. Otro ejemplo: En el análisis del movimiento de fluidos en el interior de conductos proporciona una indicación de la pérdida de carga causada por efectos viscosos.

El número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento o laminar en ciertos casos. Así por ejemplo en conductos si el número de Reynolds es menor de 2300 el flujo será laminar y si es mayor de 4000 el flujo será turbulento. El mecanismo y muchas de las razones por las cuales un flujo es laminar o turbulento es todavía hoy objeto de especulación.Así tenemos que para determinados valores del número de Reynolds se cumple:

Para valores Re ≤ 2300 el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas, que interactúan solo en base a esfuerzos tangenciales, 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 2300 ≤ 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 4000 ≤ Re 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.

Los flujos viscosos se pueden clasificar en laminares o turbulentos teniendo en cuenta la estructura interna del flujo, así podemos realizar una comparación de dichos regímenes:

Régimen Laminar Régimen TurbulentoExiste rozamiento entre el fluido y la pared del conducto pero no entre las partículas del fluido.

Existe fricción entre fluido y pared del conducto y además entre partículas del fluido.

No hay intercambio de energía entre las líneas de corriente.

Las líneas de corriente se entremezclan presentando transferencia de energía entre las partículas líquidas.

Se presenta para flujos con velocidades bajas.

Se presenta para flujos con velocidades altas.

La distribución vertical de la velocidad a través de la sección del conducto es de forma parabólica.

La distribución de la velocidad a través de la sección del conducto es de forma logarítmica.

El esfuerzo cortante es proporcional al gradiente de velocidad.

IV. EQUIPOS Y MATERIALES

1. B a nc o Hi d r á u l i c o

Modelo FME00, este equipo tiene una bomba, un sumidero, en ella se coloca el equipo de presión sobre superficies antes mencionado. También se pueden calcular caudales prácticos. Construido en fibra de vidrio reforzada, poliéster y está montado en las ruedas para la movilidad.

Este sistema modular ha sido desarrollado para investigar experimentalmente los muchos y diferentes aspectos de la teoría hidráulica

Característas

El impulsor de acero-limpio. La capacidad de tanque de -sumidero: 165 litros. El cauce -pequeño: 8 litros. La medida de flujo: el tanque volumétrico, calibrado de 0 a7

litros para los valores de flujo bajos y de 0 a40 litros para los valores de flujo altos.

La parte superior del banco incorpora un canal abierto con canales laterales que sirven de apoyo al accesorio que se está ensayando.

El tanque de medición volumétrica está escalonado, permitiendo medir caudales altos o bajos.

Al abrir la válvula de vaciado el volumen de agua medido vuelve al depósito situado en la base del banco para su reciclado. El agua es traída desde el depósito por una bomba centrífuga, y una válvula de control en by-pass montada en el panel frontal regula el caudal. Un acoplamiento rápido de tuberías fácil de usar situado en la parte superior del banco permite cambiar rápidamente de accesorio sin necesidad de utilizar herramientas.

2. Equipo De Demostración De Osborne Reynolds (FME06)

Este accesorio del Banco de servicios comunes está diseñado para reproducir los experimentos clásicos realizados por el Profesor Osborne Reynolds respecto a la naturaleza del flujo laminar y del flujo turbulento.El equipo funciona en modo vertical. Un tanque de carga que contiene material de amortiguación proporciona una carga constante de agua a través de una entrada en forma de campana al tubo de visualización de flujo.El flujo a través de este tubo es regulado mediante una válvula de control en el extremo de descarga.