lab2 fluidos cuba de reynolds

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA


FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

Mecánica de FLUIDOS

CUBA DE REYNOLDS

ALUMNO:

CRISOSTOMO MARTINEZ PEDRO ALONSO 1023110132

CICLO:

4TO CICLO – 2013 V

PROFESOR:

ING.: CURAY TRIBEÑO L.

2

0

1

3

CURSO: MECANICA DE FLUIDOS PROF.: ING. CURAY TRIBEÑOSCICLO: 2013 V TEMA: CUBA DE REYNOLDS



I.- OBJETIVOS

a) Visualizar los distintos regímenes de flujo en una tubería.

b) Determinar los números de Reynolds correspondientes a los regímenes de flujo visualizados.

II.- MARCO TEORICO

Históricamente, el primero que trato de cuantificar este ejemplo sorprendente de inestabilidad dinámica fue OSBORNE REYNOLDS, quien encontró un criterio preciso para saber cuándo un flujo laminar se hace inestable y se transforma en turbulento .Su experimento descrito en todos los textos de mecánica de fluido, consistía simplemente en un envasó del cual escapaba agua por un tubo largo de vidrio y cuyo caudal era graduable.

Para hacer visible el movimiento del líquido, inyectaba un colorante en el centro del tubo y después de dejar descender el líquido varias horas y de mantenerlo aislado de toda vibración; comenzaba el experimento haciendo pasar el líquido por el tubo a pequeña velocidad.

Se observa entonces la taza de un colorante bien clara y rectilínea en el centro del tubo, siguiendo la trayectoria de las partículas del fluido, tal como se postula para un flujo laminar.

Aumentando el caudal, es decir, la velocidad, se observa que de repente el fino coloreado parecía quererse ensancharse o diluirse transversalmente en el resto del fluido .en realidad estas perturbaciones no perduraban y desaparecían regresando la traza coloreada a su aspecto normal el régimen había entonces entrado en lo que se ha llamado un FASE DE TRANSICIÓN O DE CASI INESTABILIDAD.

En efecto si seguía aumentando la velocidad , Reynolds observo que esas perturbaciones se hacían más frecuentes y de mayor tamaño ,hasta el momento en que ya nos amortiguaban ,entonces de pronto ,el colorante se extendía a todo el volumen de masa liquida en una mezcla completa de las distintas líneas de corriente y la desaparición total del filete coloreado como tal.

Esta era pues el inicio del FLUJO TURBULENTO, totalmente distinto del flujo laminar.

Llevando a cabo numerosos experimentos en las cuales se hacían variar distintas parámetros, Reynolds observo que, en el caso de las tuberías estaba ligado al valor numérico de la cantidad adimensional.




Re = (V p D)/ µ

Dónde:

V: Sera la velocidad media del líquido en el tubo

D: El diámetro del mismo

p y µ : La densidad, la viscosidad del fluido respectivamente.

Esta cantidad corresponde a lo que modernamente se ha llamado NUMERO DE REYNOLDS.

Se entiende de esta manera como la relación entre la fuerza de inercia y a la fuerza viscosa.

Re = FUERZA DE INERCIA /FUERZA VISCOSA

Un número pequeño de Reynolds indica que las fuerzas viscosas predominan, mientras que un valor grande del número de Reynolds indica que predominan las fuerzas de inercia. Cabe mencionar que las leyes del movimiento son muy diferentes para esos dos casos.Los resultados experimentales más recientes indican que en condiciones habituales el flujo turbulento en una tubería se indica cuando el número de Reynolds alcanza un valor de aproximadamente 2000. Sin embargo si se toman medidas muy especiales a saber: reposo inicial absoluto del fluido, eliminación de vibraciones y cambios de temperatura, etc .este valor crece enormemente.

Por otra parte se ha hecho también el experimento inverso, esto es a partir de u flujo turbulento he ir disminuyendo la velocidad hasta lograr la aparición de flujo laminar .En estas condiciones los resultados son más categóricos, haciéndose observado que el flujo pasa a laminar siempre que: Re <2000.




III.- DESCRIPCION DEL EQUIPO Y MATERIALES A UTILIZAR

Cuba de Reynolds. Ver figura.

Agua, aproximadamente 30 litros.

01 termómetro

Tinte colorante (fluoresceína sódica o permanganato de potasio)

Probeta graduada, de 500 ml.

IV.- PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN LA EXPERIENCIA

1.- Nivelar el equipo

2.- Tomar la temperatura del agua y determinar el valor de la viscosidad cinemática utilizando una tabla.

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 1/3 de abertura total, a 2/3, y 3/3 de la abertura total.




4.- Agregue agua en la cuba de Reynolds hasta el nivel máximo del vertedero de rebose. Dejar reposar la masa de agua.

5.- Diluya el tinte colorante en agua y viértalo en su recipiente, asegurándose previamente de que la válvula del depósito de tinta esté cerrada.

6.- Abra la válvula de descarga para la primera posición (1/3 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.




7.- Abra la válvula del depósito de colorante y observe el tipo de flujo. Anote en su tabla de resultados.

8.- Mida el

tiempo que demora en descargar un volumen de agua (aprox. 500 ml) por la tubería de vidrio. Efectúe tres mediciones y anote los resultados en la tabla de datos.

Repita los pasos “5” al “8” para las demás posiciones de abertura de la válvula.




HOJA DE DATOS Y PROCESO DE CÁLCULO

Datos Del Laboratorio:

El diámetro de la tubería de vidrio es 0,027 m.

MEDICIONES Y RESULTADOS:

Temperatura del agua = 22° C Viscosidad cinemática(por tablas) =1.02x10-6 m2/s

Abertura de

válvula(fracción

de abertura total)

(m3)

t

prom

(s)

Q

prom.

(m3/s)

V

(m/s)

Numero

de Re

Tipo de flujo

Observado Teórico

1/3 500ml 21 s 23.809 m 0,0415 1098,52 Turbulento Laminar

2/3 500ml 9 s 55.555 m 0,0970 2567,64 Transición Transición

3/3 500ml 7 s 71.428 m 0,1247 3300,88 Transición Transición

CALCULOS:

a) Determinación del caudal volumétrico:

Use la fórmula: Q = V / t , V= volumen en m3, t = segundos

Para V = 500ml y t = 21 s :

Q = 23.809 mm3/s

Para V = 500ml y t = 9 s :

Q = 55.555 mm3/s

Para V = 500ml y t = 7 s :

Q = 71.428 mm3/s

b) Determinación de la velocidad del fluido en la tubería.

De la fórmula del caudal: V = Q / A, A es el área de la sección transversal de la

tubería.




c) Determinación del número de Reynolds

El número de Reynolds, para tuberías, es: Re = VD/v.

D: Es el diámetro de la tubería.

V: Es la velocidad del fluido en la tuberia.

v: Es la viscosidad cinemática del agua a la temperatura de ensayo (De tabla).

Para:

V = 0.0415 ms

; D = 0.027m :

ℜ=0.0415∗0.027

1.02∗10−6=1098.52

V = 0.0970 ms

; D = 0.027m :

ℜ=0.0 970∗0.027

1.02∗10−6=2567.64

V = 0.1247 ms

; D = 0.027m :

ℜ=0.1247∗0.027

1.02∗10−6=3300.88




OBSERVACIONES.

DURANTE ESTA EXPERIENCIA NOS HEMOS ENCONTRADO CON LA DIFICULTAD DE CONTROLAR DE UNA MANERA CERTERA EL PRIMER TIEMPO DE SALIDA CON 1/3 DE LA LLAVE ABIERTA DE LA TUBERIA, CON LO CUAL EL PRIMER RESULTADO PRACTICO QUE SE OBTUVO NO ES MUY COINCIDENTE CON LO TEORICO.

LA EXPERIENCIA SOBRE LA CUBA DE REYNOLDS DEBE SER REALIZADA CON SUMO CUIDADO Y TENIENDO BIEN EN CUENTA LA TEORIA SOBRE LOS DISTINTOS TIPOS DE FLUJOS (LAMINAR ,TURBULENTO Y TRANSICION), PARA QUE AL MOMENTO DE SER OBSERVADOS EN LA CUBA DE REYNOLDS PODER DIFERENCIARLOS DE MANERA ADECUADA Y ASI PODER COINCIDIR CON LOS DATOS TEORICOS.

TENER EN CUENTA LA PRECISION DE LA TEMPERATURA DEL AGUA Y LAS UNIDADES CON LAS CUALES SE ESTA TRABAJANDO PARA NO CAER EN ERRORES QUE AFECTARAN EL CALCULO CON LOS DATOS OBTENIDOS.




CONCLUSIONES

DURANTE ESTA EXPERIENCIA SE PUEDE OBSERVAR Y DEMOSTRAR LA INESTABILIDAD DINAMICA DE LOS FLUIDOS EN NUESTRO CASO EL AGUA.

EL EXPERIMENTO FUE DE GRAN IMPORTANCIA YA QUE PUDIMOS CONOCER Y EXPERIMENTAR DE UNA MANERA FISICA Y OBSERVABLE LOS DISTINTOS TIPOS DE FLUJO.

PUDIMOS APRECIAR LO QUE OSBORNE REYNOLDS PROBO ALGUNA VEZ CON SU EXPERIMENTO CON LO CUAL CONCLUIMOS QUE ES ALGO CIERTO TEORICAMENTE HABLANDO Y NUMERICAMENTE COMPROBADO.

SI LOS RESULTADOS OBTENIDOS AL FINAL DE LA EXPERIENCIA COINCIDEN CON LO OBSERVABLE Y LO TEORICO CONCLUIMOS QUE SE HA DESARROLLADO DE UNA MANERA CORRECTA LA EXPERIENCIA.


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