Practica 2_U3
- 1. Materia: Laboratorio Integral I. Practica: 1.- Experimento De Reynolds. 2.- Detección De Flujos Laminares y Turbulentos. Profesor: Rivera Pazos Norman Edilberto. Alumnos: 1.- Aispuro Meza José Eduardo. 2.- Bustamante Topete José Alfonso. 3.- Cota Castañeda Emanuel. 4.- Estrella Núñez Francisco Javier. 5.- Rodríguez Meraz Jonathan Martin. 6.- Torres Arquieta Fernando. 7.- Villanueva Ornelas José César. MEXICALI, B.C. A 20 DE ABRIL DEL 2018.
- 2. OBJETIVO: 1.- Elaborar un arreglo hidráulico en el cual se pueda medir los parámetros del número de Reynolds para su verificación. 2.- Elaborar un arreglo hidráulico en el cual se pueda identificar si es un flujo laminar o turbulento mediante el uso de un colorante.
- 3. MARCO TEORICO: Reynolds en 1883 presentaba el siguiente dilema, en sus extensos trabajos: "Aunque las ecuaciones de la hidrodinámica sean aplicables al movimiento laminar, o sea sin remolinos, mostrando que entonces la resistencia es proporcional a la velocidad, no habían arrojado hasta ese entonces ninguna luz sobre las circunstancias de las cuales dicho movimiento depende. Y, con todo y que en años recientes estas ecuaciones se habían aplicado a la teoría del torbellino, no se habían aplicado en lo absoluto al movimiento del agua que es una masa de remolinos, movimiento turbulento, ni habían ofrecido una pista para descubrir la causa de que la resistencia a tal movimiento varíe como el cuadrado de la velocidad" y agregaba: "Mientras que, cuando se aplican a olas y al movimiento del agua en tubos capilares, los resultados teóricos concuerdan con los experimentales, la teoría de la hidrodinámica había fracasado hasta la fecha en proporcionar la más leve sugerencia acerca del porqué no logra explicar las leyes de la resistencia encontrada por grandes cuerpos que se mueven a través del agua con velocidades sensiblemente grandes, o por el agua en tuberías bastante anchas" Reynolds buscaba determinar si el movimiento del agua era laminar o turbulento, existen varias influencias para el orden, como su viscosidad o aglutinamiento, cuando más glutinoso sea el fluido, menos probable es que el movimiento regular se altere en alguna ocasión. Por otro lado tanto la velocidad y el tamaño son favorables a la inestabilidad, cuanto más ancho sea el canal y más rápida la velocidad mayor es la probabilidad de remolinos. La condición natural del flujo era, para Reynolds, no el orden sino el desorden; y la viscosidad es el agente que se encarga de destruir continuamente las perturbaciones. Una fuerte viscosidad puede contrarrestarse con una gran velocidad. Numero de Reynolds: Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del líquido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo másico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la fricción o fuerzas viscosas dentro del líquido que fluye. Cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen cambios en las características del flujo. Reynolds estudió las condiciones bajo las cuales un tipo de fluido cambia a otro y encontró que la velocidad critica, a la cual el flujo laminar cambia a flujo turbulento, depende de cuatro variables: el diámetro del tubo, la viscosidad, densidad y velocidad lineal promedio del líquido. Según dicho análisis, el Número de Reynolds se definió como la relación existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).
- 4. VD o VD asvisf inercialesf N cos. . Re Este número es adimensional y puede utilizarse para definir las características del flujo dentro de una tubería. El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida de energía causada por efectos viscosos. Observando la ecuación anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la pérdida de energía, el número de Reynolds es pequeño y el flujo se encuentra en el régimen laminar (𝑁𝑅𝑒 ≤ 2000). Si 𝑁𝑅𝑒 ≥ 4000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento. Entre estos dos valores, o región de transición, el flujo puede ser viscoso o turbulento, dependiendo de los detalles del sistema, que no se puede predecir.
- 5. MATERIAL: - Colorante de Alimentos (29 ml). - Manguera ½ Diámetro. - Manguera ¾ Diámetro. - Jeringa (3 ml). - Termómetro de Hg. - Vaso de Precipitado (4000 ml).
- 6. PROCEDIMIENTO: Se colocaron dos tubos flexibles de diferentes diámetros (½ in, ¾ in) a una salida de llave de grifo, donde se regularon los flujos de salida de caudal. Para después poder identificar si el fluido (agua) que se transportaba en la tubería era de características: laminares o turbulentas; mediante el número de Reynolds. Para facilitar visualmente el fenómeno producido en el arreglo diseñado, se penetro la tubería con una jeringa que en su interior se encontraba llena de un colorante color verde.
- 7. RESULTADOS Y ESTIMACION: Instrumento Incertidumbre Vaso Precipitado ± 5x10-5 m3 Reloj ± 0.05 s Termómetro De Hg ± 0.5 Cº Jeringa ± 0.05 ml Temperatura del Agua: 25 Cº donde se obtienen por tablas los siguientes datos: 3 997 000891.0 m kg ms kg Agua Agua Se determinara a partir de la ecuación del número de Reynolds si el flujo será laminar o turbulento para cada manguera dado por el parámetro: Re<2000 Laminar. Re>2000 Turbulento. Manguera ½ in: Diámetro= 0.012 m. 24 22 101309.1 4 )012.0( 4 mxA m A D A 82.402 )000891.0( )012.0)(03.0)(997( ReRe 03.0 101309.1 1046.3 1046.3 27.144 105 3 24 3 6 1 1 1 36 34 11 ms kg m s m m kg VD s m mx s m x V A Q V s mx s mx Q t V Q Obteniéndose un flujo laminar a estas condiciones.
- 8. 24 22 101309.1 4 )012.0( 4 mxA m A D A 52.6579 )000891.0( )012.0)(49.0)(997( ReRe 49.0 101309.1 1057.5 1057.5 97.8 105 3 24 3 5 2 2 2 35 34 22 ms kg m s m m kg VD s m mx s m x V A Q V s mx s mx Q t V Q Obteniéndose un flujo turbulento a estas condiciones.
- 9. Manguera ¾ in: Diámetro= 0.019 m. 24 22 108352.2 4 )019.0( 4 mxA m A D A 62.1275 )000891.0( )019.0)(06.0)(997( ReRe 06.0 108352.2 1092.1 1092.1 92.25 105 3 24 3 5 1 1 1 35 34 11 ms kg m s m m kg VD s m mx s m x V A Q V s mx s mx Q t V Q Obteniéndose un flujo laminar a estas condiciones. 24 22 108352.2 4 )019.0( 4 mxA m A D A 09.5315 )000891.0( )019.0)(25.0)(997( ReRe 25.0 108352.2 1021.7 1021.7 93.6 105 3 24 3 5 2 2 2 35 34 22 ms kg m s m m kg VD s m mx s m x V A Q V s mx s mx Q t V Q Obteniéndose un flujo turbulento a estas condiciones.
- 10. ANALISIS: Se puede apreciar que manipulando los caudales, las velocidades; se observa que el número de Reynolds está directamente relacionado con estos parámetros ya que ellos alteran el resultado si se trata de un flujo laminar o turbulento, siendo esto también afectado por los 2 diámetros de manguera que se utilizaron para el análisis de Reynolds.
- 11. CONCLUSIÓN: Se realizó el experimento de Reynolds basándonos en los parámetros (viscosidad, diámetro, velocidad, densidad), donde se manipulo el flujo de salida del agua para obtener diferentes velocidades. Esto hizo que se presentaran ambos fenómenos (laminar y turbulento), donde la viscosidad y densidad no presentaron cambios ya que tuvimos una temperatura ambiente del agua.