Embed Size (px)
Citation preview
Instituto Tecnológico
De Mexicali
Ing. Química
Laboratorio integral I
Ramírez Medina Miriam.
Practica # 2
Flujo laminar y turbulento
Numero de Reynolds
Objetivos.
Comprobar los cambios en número de Reynolds al modificar sus variables.
Identificar los tipos de flujos (laminar y turbulento) mediante la
experimentación y comprobar los resultados utilizando el número de
Reynolds
Introducción.
Cuando entre dos partículas en movimiento existen gradientes de velocidad, ósea
que una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que
actúan tangencialmente a las mismas.
Las fuerzas de fricción tratan de introducir rotaciones entre las partículas en
movimiento, pero simultáneamente la viscosidad trata de impedir la rotación.
Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes
estados de flujo.
Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inerciales mayor que la de
fricción, las partículas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca
energía, el resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen
trayectorias definidas, y todas las partículas que pasan ´por un punto en el campo
de flujo siguen la misma.
Marco teórico.
Flujo:
Estudio del movimiento de un fluido. En el estudio de dicho movimiento se
involucran las leyes de la física, las propiedades del fluido y características del
medio ambiente o conducto por el cual fluye.
Clasificación del flujo:
Se puede clasificar de muchas maneras, atendiendo al cambio y dirección que
sufren las partículas debido al espacio recorrido, al cambio de velocidad, dirección
y posición de las partículas respecto al tiempo. Así un flujo puede ser laminar o
turbulento.
Flujo laminar:
Es aquel en el que el movimiento de las partículas tiene solamente el sentido y
dirección del movimiento principal del fluido. Se puede presentar en un conducto
cerrado Trabajando a presión (tubería), en un conducto abierto (canal).
Flujo turbulento:
Es aquel fluido en el que las partículas del fluido tienen desplazamiento en sentidos
diferentes al del movimiento principal del fluido. Se pueden representar en el mismo
tipo de conducto referido al régimen laminar.
En este tipo de flujo al moverse las partículas con movimiento errático tienen como
consecuencia el que se presenten colisiones entre ellas, y esto genera cambios en
la cantidad de movimiento, que se manifiestan como perdida de energía.
El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas,
mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser
turbulentos.
Reynolds:
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).
Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de
Reynolds viene dado por:
Donde:
: Velocidad característica del fluido : Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud
característica del sistema : Viscosidad cinemática del fluido
Flujo laminar y turbulento.
Día #1
Materia:
Botella (600ml)
Jeringa (5ml)
Manguera
Cronómetro
Probeta (1L)
Vernier
Agua
Tinta
Navaja de doble filo.
Procedimiento.
1.- Cortar la base de la botella.
2.- Llenar la botella por medio del agua de la llave.
3.- Abrir un poco para observar un flujo laminar.
4.- Medir el tiempo desde, la primera gota hasta que llegue a un volumen de 100ml.
5.- Abre por completo para tener un flujo turbulento.
6.- Coloca tinta en la jeringa e insértala en la manguera lo más cercano a la entrada
del líquido para observar el flujo.
Nota: Con ayuda del vernier, toma el diámetro de la manguera.
Numero de Reynolds.
Laminar:
Datos: Formulas:
D= 0.74cm A= 𝜋𝐷2
4
V=100ml. �� =𝑉
𝑡
µ=8.6 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄ Rey=��𝐷
𝐴𝑉
T= 26°C
T=2:36.45
Conversiones:
100𝑚𝑙 𝑥1 𝑙𝑡
1000𝑚𝑙𝑥
1𝑚3
1000 𝑙𝑡= 1𝑥10−04𝑚3
𝐷 = 0.74𝑐𝑚 𝑥1𝑚
100𝑐𝑚= 0.0074 𝑚
Cálculos:
A=𝜋(0.0074𝑚)2
4= 4.30𝑥10−05 𝑚2
�� =1𝑥10−04𝑚3
156.45 𝑠= 6.39𝑥10−07
𝑚
𝑠
Resultado:
𝑁𝑟𝑒𝑦 =(6.39𝑥10−07 𝑚
𝑠 )(0.0074𝑚)
(4.30𝑥10−05𝑚2)(8.6𝑥10−7 𝑚2
𝑠 )= 𝟏𝟐𝟕. 𝟖𝟔
Turbulento.
Datos: Formulas:
D= 0.74cm A= 𝜋𝐷2
4
V=100ml. �� =𝑉
𝑡
µ=8.6 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄ Rey=��𝐷
𝐴𝑉
T= 26°C
T=8.88
Conversiones:
100𝑚𝑙 𝑥1 𝑙𝑡
1000𝑚𝑙𝑥
1𝑚3
1000 𝑙𝑡= 1𝑥10−04𝑚3
𝐷 = 0.74𝑐𝑚 𝑥1𝑚
100𝑐𝑚= 0.0074 𝑚
Cálculos:
A=𝜋(0.0074𝑚)2
4= 4.30𝑥10−05 𝑚2
�� =1𝑥10−04𝑚3
8.88 𝑠= 1.12𝑥10−05 𝑚
𝑠
Resultado:
𝑁𝑟𝑒𝑦 =(1.12𝑥10−05 𝑚
𝑠 )(0.0074𝑚)
(4.30𝑥10−05𝑚2)(8.6𝑥10−7 𝑚2
𝑠 )= 𝟐, 𝟐𝟒𝟏. 𝟐𝟏
Conclusión.
El flujo será laminar y turbulento a simple vista mientras
que Reynolds es un flujo turbulento.
Flujo laminar y turbulento. Día #2
Material:
1 jeringa sin auja de 5ml.
Vaso de precipitado 500ml.
Agua
Cronometró
Procedimiento.
1.- Colocar en el vaso de precipitado una cantidad considerable de agua.
2.- Colocar la tinta en la jeringa hasta la marca de 5 ml.
3.- Tomar el tiempo que tarde dicha jeringa en vaciarse.
4.- Observa el flujo.
Laminar turbulento
Numero de Reynolds
Datos: formulas:
𝑉 = 5𝑚𝑙 = 5 × 10−6𝑚3 v =��
𝐴
𝐷 = 2𝑚𝑚 = 2 × 10−3𝑚 �� =𝑉
𝑡
𝜇𝐻2𝑂 1 = 3.5 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄ 𝐴 =𝜋𝐷2
4
𝜇𝐻2𝑂 2 = 8.94 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄
𝜇𝑔𝑙𝑖𝑐 = 7.63 × 10−4 𝑚2 𝑠⁄
𝜇𝑎𝑐 = 4.02 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄
�� = 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜
v = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
Agua a 82°C
𝑁𝑅𝑒 =4(5 × 10−6𝑚3)
𝜋(2 × 10−3𝑚)(3.5 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄ )(7.47𝑠)= 1217.47
Agua a 25°C
𝑁𝑅𝑒 =4(5 × 10−6𝑚3)
𝜋(2 × 10−3𝑚)(8.94 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄ )(6.84𝑠)= 520.54
Glicerina
𝑁𝑅𝑒 =4(5 × 10−6𝑚3)
𝜋(2 × 10−3𝑚)(7.63 × 10−4 𝑚2 𝑠⁄ )(4.81𝑠)= 0.87
Acetona
𝑁𝑅𝑒 =4(5 × 10−6𝑚3)
𝜋(2 × 10−3𝑚)(4.02 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄ )(5.36𝑠)= 1477.26
N. de pruebas N. de pruebas
1 1
2 2
3 3
4 4
Promedio: Promedio:
N. de pruebas N. de pruebas
1 1
2 2
3 3
4 4
Promedio: Promedio:
Tiempo de descarga (seg)
5.27
4.49
7.69
AguaTemperatura a 25°
Tiempo de descarga (seg)
6.82
6.11
7.42
7.02
AguaTemperatura a 82°
Tiempo de descarga (seg)
7.93
6.85
7.41
Glicerina
6.84
5.36
7.47
4.64
4.81
4.84
Acetona Temperatura a 26°
Tiempo de descarga (seg)
5.06
5.27
5.83
5.29
Temperatura a 27°
Cálculos y Resultados.
Para conocer el diámetro de la jeringa sin aguja se utiliza una moneda de $10
aplicando teorema de tales se les toma un fotografía ambos ampliando la imagen
se toma el diámetro de la imagen y el real.
Datos: conversiones:
𝐷𝑚𝑟 = 2.7𝑐𝑚 2.7cm1𝑚
100𝑐𝑚= 0.027𝑚
𝐷𝑚𝑖 = 11.7𝑐𝑚 11.7cm1𝑚
100𝑐𝑚= 0.117𝑚
𝐷𝑗𝑖 = .2𝑐𝑚 .2cm1𝑚
100𝑐𝑚= 0.002𝑚
Teorema de tales:
𝐷𝑗𝑟=(0.002𝑚)(0.027𝑚)
0.117𝑚= 4.61𝑥10−04𝑚
Tiempo 1.7 seg.
Datos: Formulas:
D= 4.61x10−04𝑚 A= 𝜋𝐷2
4
V=5ml. �� =𝑉
𝑡
µ=8.6 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄ Rey=��𝐷
𝐴𝑉
Objeto Imagen (m ) Real (m)
Monda 0.117 0.027
Jeringa 0.002 𝐷𝑗𝑟
T=1.7
Conversiones:
5𝑚𝑙 𝑥1 𝑙𝑡
1000𝑚𝑙𝑥
1𝑚3
1000 𝑙𝑡= 5𝑥10−06𝑚3
Cálculos:
A=𝜋(4.61𝑥10−04𝑚)2
4= 1.66𝑥10−07 𝑚2
�� =5𝑥10−06𝑚3
1.7 𝑠= 2.94𝑥10−06
𝑚
𝑠
Resultado:
𝑁𝑟𝑒𝑦 =(2.94𝑥10−06 𝑚
𝑠 )(4.61𝑥10−04𝑚)
(1.66𝑥10−07𝑚2)(8.6𝑥10−7 𝑚2
𝑠 )= 𝟗, 𝟒𝟗𝟑. 𝟖𝟑
Turbulento
Tiempo 22.19 seg.
Datos: Formulas:
D= 4.61x10−04𝑚 A= 𝜋𝐷2
4
V=5ml. �� =𝑉
𝑡
µ=8.6 × 10−7 𝑚2 𝑠⁄ Rey=��𝐷
𝐴𝑉
T=22.19
Conversiones:
5𝑚𝑙 𝑥1 𝑙𝑡
1000𝑚𝑙𝑥
1𝑚3
1000 𝑙𝑡= 5𝑥10−06𝑚3
Cálculos:
A=𝜋(4.61𝑥10−04𝑚)2
4= 1.66𝑥10−07 𝑚2
�� =5𝑥10−06𝑚3
22.19 𝑠= 2.25𝑥10−07
𝑚
𝑠
Resultado:
𝑁𝑟𝑒𝑦 =(2.25𝑥10−07 𝑚
𝑠 )(4.61𝑥10−04𝑚)
(1.66𝑥10−07𝑚2)(8.6𝑥10−7 𝑚2
𝑠 )= 𝟕𝟐𝟔. 𝟓𝟔
Laminar
Conclusión:
En el primer día pudimos observar los cambios cuando modificábamos el diámetro
y su viscosidad y era ovio que cuando modificáramos estas dos variables también
se modificaría la velocidad y por asta razón también Reynolds estuvimos jugando
con estos dos factores para cambiar Reynolds. Cuando observábamos un flujo
laminar por la manguera o por el vaso se observaba como un hilo algo demasiado
ligero y fino mientras que en uno turbulento en cuanto salía de la jeringa se
difuminaba.
Anexos
Tabla: Viscosidad cinemática del agua
Tabla: viscosidad cinemática de la glicerina y acetona
Referencias:
Dinámica de fluidos (capitulo 3)
Mecánica de fluidos (MOTT ROBERT)
