Practica 5

Explique el experimento de Osborne Reynolds y defina el parmetro Nmero de Reynols Coloco un tubo de vidrio horizontalmente con una vlvula en uno de sus extremos y un tanque de alimentacin en otro. La entrada al tubo tena una forma de campana y su superficie era bastante lisa. Reynolds dispuso, adems, de un sistema para inyectar tinta en forma de corriente sumamente fina en cualquier punto de la entrada al tubo.Para gastos pequeos, la corriente de tinta se presentaba como un delgado filamento a lo largo del tubo, indicando que se trataba de un rgimen laminar. Al incrementar el gasto (aumentando, por consiguiente el nmero de Reynolds) se alcanzaba la condicin en que el filamento de tinta presentaba caractersticas oscilantes hasta que sbitamente se rompa, difundindose la tinta a todo lo ancho del tubo. En estas condiciones, el flujo haba cambiado a rgimen turbulento, con su caracterstico intercambio brusco de cantidad de movimiento; al llevar a cabo las pruebas cuidadosamente Reynolds obtuvo un valorR= 12000 antes de que se presentara la turbulencia. En investigaciones posteriores, equipo original de Reynolds, se lograron valores hasta de 40000, al permitir que el agua en el tanque estuviera en calma por varios das antes del experimento y al tomar precauciones a fin de evitar vibraciones en el agua y en el equipo.Al proceder de manera inversa en el tubo de vidrio, Reynolds encontr que el flujo turbulento siempre pasaba a ser laminar, cuando al disminuir la velocidad se haca queRvaliera menos de 2000. Este ndice es elnmero crtico inferior de Reynoldspara el flujo de tubos y s tiene importancia practica. Para tuberas convencionales, el flujo cambiar de laminar a turbulento cuando el nmero de Reynolds se encuentre en el rango de 2000 a 4000.Una caracterstica distintiva entre el flujo laminar y el turbulento es que las perdidas en el laminar son proporcionales a la velocidad promedio, mientras en el turbulento son proporcionales a una potencia de la velocidad que varia entre 1.7 y 2.0.Nmero de ReynoldsLos numerosos ensayos se realizaron variando la velocidad de flujo para un dimetro de tubera constante. Los resultados permitieron deducir el Nmero de Reynolds, que permite clasificar el tipo de flujo presente en el interior de una tubera segn la expresin:

Donde:

Re = Nmero de Reynolds V = Velocidad media del flujo [m/s] L = Longitud caracterstica [m] D = Dimetro de la tubera [m] = Viscosidad dinmica [N.s/m2] = Densidad del fluido [Kg/m3] v = Viscosidad cinemtica [m2/s]La magnitud del Nmero de Reynolds para cada rgimen vara de acuerdo a las condiciones dadas, aunque para propsitos de ingeniera (ya sea diseo o anlisis) se aceptan los siguientes valores:

Flujo laminar, Re < 2000 Flujo de transicin, 2000 < Re < 4000 Flujo turbulento, Re > 4000

Reynolds encontr que el Flujo de transicin se encontraba dentro de un rango: al incrementar la velocidad, el Flujo laminar desapareca despus de una velocidad crtica hasta describir un comportamiento turbulento y al disminuir la velocidad gradualmente, el flujo volva a ser laminar pero a otra velocidad crtica menor que la primera. Los Nmeros de Reynolds asociados a estas velocidades se denominan Nmero de Reynolds crtico inferior y superior, respectivamente. Este ltimo no es constante pues depende de las caractersticas del fluido dentro de la cmara de agua, la geometra de la seccin entrada al tubo y su rugosidad, debido a esto, se ha obtenido un valor de Re = 50.000 antes que se desarrollar un flujo totalmente turbulento. El Nmero de Reynolds es de gran importancia en el estudio del flujo en tuberas de cualquier seccin transversal, as como para el anlisis de flujos con proximidades a una superficie slida que puedan tener superficie libre, slo seleccionando una longitud caracterstica apropiada segn el caso.

Determine los factores que pueden afectar el clculo de numero de Reynolds Los factores que afectan el nmero de Reynolds son la velocidad, el dimetro de la tubera y la viscosidad cinemtica del fluido en estudio.

Velocidad (): mientras mayor velocidad, mayor ser el numero de Reynolds obtenido, puesto que a velocidades altas existe mayor posibilidad de choque entre lneas de corriente y por lo tanto mayor posibilidad de turbulencia.

Dimetro de la tubera (): el dimetro de la tubera suele ser proporcional al nmero de Reynolds.

Viscosidad cinemtica del fluido (): esta propiedad es inversamente proporcional al nmero de Reynolds, puesto que mientras ms viscoso es un fluido existe mayor resistencia al movimiento de sus partculas, lo que puede aumentar los choques entre estas. Cabe destacar que la viscosidad cinemtica es igual a la viscosidad absoluta entre la densidad, por lo tanto el numero de Reynolds tambin depende de la temperatura.

1. Explique cmo se diferencia la distribucin transversal de velocidad en un flujo laminar respecto a un flujo turbulento. Represente grficamente el perfil de velocidad e indique la longitud suficiente para alcanzar un flujo totalmente desarrollado en cada caso.

En un rgimen de flujo laminar que circula a travs de una tubera se observa que la velocidad se aproxima a cero a medida que se acerca a las paredes internas de la tubera, teniendo su mximo en el centro de la tubera. Esto es la velocidad aumenta casi proporcionalmente a medida que se acerca al centro de la tubera.

Para un flujo laminar completamente desarrollado, el perfil de la velocidad es parablico

Dividiendo 3.50 entre 3.51

Para flujo turbulento

A diferencia del rgimen laminar, en un rgimen turbulento el fluido posee una distribucin de velocidad no uniforme, es decir, la velocidad no vara en base a ciertos parmetros sino que se da de manera desordenada en cada punto de la tubera

1. Determine el rango de velocidad promedio del flujo para el cual dicho flujo debera estar en la regin critica si aceite SAE 10 a 60F esta fluyendo en una tubera de acero de 2 Schedule 40. El aceite tiene una gravedad especfica de 0,89.

La regin crtica para un flujo viene dada entre un nmero de Reynolds igual a 2000 y 4000.

Calcular la velocidad para un Re=2000:

Calcular la velocidad para un Re=4000:

Rango de velocidad promedio:

2. Aire con un peso especifico de 12,5 N/m3 y una viscosidad dinmica de fluye a travs de la porcin sombreada del ducto mostrada a una razn de . Calcular el Nmero de Reynolds del flujo.

Tabla Q (m/s)Tiempo (s)Volumen (ml)ObservacionesQ(m/s)

2.88.9225Laminar2.65

2.6714.9740

2.4725.9664

5.1213.0967Laminar4.90

4.7817.1482

4.808.5541

29.015.17150Turbulento30.23

30.438.05245

31.2511.52360

45.924.90225Turbulento45.31

45.757.65350

44.269.49420

81.082.59210Turbulento95.84

101.062.8228.5

105.394.27450

119.052.10250Turbulento118.45

117.724.21495

118.582.53300

D= 2 cmT= 26 c 8.857*10-7

qavr

0,000002650,000314160,00843521190,475601

0,00000490,000314160,01559718352,200168

0,000030230,000314160,096225082172,8594

0,000045310,000314160,144226213256,77339

0,000095840,000314160,305068196888,74777

0,000118450,000314160,377038068513,89997

re e/dfr

190,4756010,00075

352,2001680,00075

2172,85940,00075

3256,773390,00075

6888,747770,00075

8513,899970,00075