INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y AQUITECTURACIENCIAS DE LA TIERRAUNIDAD TICOMAN

REPORTE DE PRACTICA 3NUMERO DE REYNOLDS

ESPINOSA SANCHEZ POLETTEINGENIERIA PETROLERA

FLUJO DE FLUIDOSING. JIMENEZ CHONG ALEJO

GRUPO: 3PM2FECHA ENTREGA:18/02/2015Objetivo: Observar los distintos regmenes de fluido Determinar el numero de Reynolds para los distintos regmenes Determinar la variacin de viscosidad con las temperaturas Cuantificar el efecto de la viscosidad con la velocidad en el rgimen del fluidoAntecedentes.EL EXPERIMENTO DE REYNOLDSReynolds en 1883 presentaba el siguiente dilema, en sus extensos trabajos: "Aunque las ecuaciones de la hidrodinmica sean aplicables almovimientolaminar, o sea sin remolinos, mostrando que entonces la resistencia es proporcional a la velocidad, no haban arrojado hasta ese entonces ninguna luz sobre las circunstanciasde las cuales dicho movimiento depende. Y, con todo y que en aos recientes estas ecuaciones se haban aplicado a la teora del torbellino, no se haban aplicado en lo absoluto al movimiento del agua que es una masa de remolinos, movimientoturbulento, ni haban ofrecido una pista para descubrir la causa de que la resistencia a tal movimiento vare 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 tericos concuerdan con los experimentales, la teora de la hidrodinmicahaba fracasado hasta la fecha en proporcionar la ms leve sugerenciaacerca del porqu no logra explicar las leyes de la resistencia encontrada por grandes cuerpos que se mueven a travs del agua con velocidades sensiblemente grandes, o por el agua en tuberas bastante anchas"Reynolds buscaba determinar si el movimiento del agua era laminar o turbulento, existen variasinfluencias para el orden, como su viscosidad o aglutinamiento, cuando ms glutinoso sea el fluido, menos probable es que el movimiento regular se altere en alguna ocasin. Por otro lado tantola velocidad y el tamao son favorables a la inestabilidad, cuanto ms ancho sea el canaly ms rpida la velocidad mayor es la probabilidad de remolinos. La condicin 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.Reynolds bajo el punto de vista dimensional y con las ecuaciones fundamentales del movimiento comenz aresolver dichas dudas. A presin constante, pens, las ecuaciones del movimiento de un fluido equilibran el efecto de inercia, representado por la energa cintica contenida en la unidad de volumen,rU2, con el efecto viscoso, representado por el esfuerzo de Newton,mU/c, donde U es la velocidad media y c una longitud caracterstica de la corriente en estudio (el dimetro del tubo por ejemplo). Dio origen al siguiente parmetro llamado "Nmero de Reynolds":Efecto de inercia/Efecto viscoso=rU2/(mU/c)=rUc/mResulta ser un parmetro sin dimensiones, capaz de cuantificar la importancia relativa de las acciones mencionadas: un valor pequeo indica que los efectos viscosos prevalecen, con lo que el escurrimiento ser probablemente laminar, un valor grande, es sea de que predomina la inercia, sugiere un comportamiento turbulento. Debe pues existir un valor intermedio conclua Reynolds- que separe los dos regmenes; y este identificar no solo la velocidad crtica, conocindose la viscosidad y la longitud caracterstica, sino tambin la viscosidad y la velocidad crticas, dados los valores de los otros dos parmetros. Haba ahora que acudir al experimento para confirmar esta previsin.Entonces se propuso determinar bajo que condiciones se produce el escurrimiento laminar y el turbulento, siendo que este ultimo se caracteriza por la presencia de remolinos y el otro no, la primera idea que se le ocurri fue visualizar con colorante. Construyo, con un tubo de vidrio de 6 mm de dimetro, un sifn ABC con una entrada abocinada en A y vlvula de control en C, que llen de agua; e introdujo su brazo corto AB en el agua de un vaso V. Por otro lado, instalo un deposito de liquido coloreado D, provisto de un tubo EF, tambin de 6mm, terminado en una angosta boquilla cnica que penetraba en el centro de la boca A. El suministro de este lquido se controlaba por medio de la pinza P.

Luego de dejar todo el sistema lleno de agua durante varias horas, para asegurarse que todo movimiento interno cesara, se abra poco a poco la pinza. El lquido colorado sala de la boquilla F, primero adquiriendo la forma de la llama de una vela, luego alargndose, hasta volverse un filamento muy delgado que al permitirse el desage por C se extenda por todo el sifn. A la vlvula C se le daban aperturas siempre mayores, para que aumentara la velocidad del agua en el sifn; y al mismo tiempo se incrementaba el suministro de colorante, a fin de que el filete se mantuviera visible. Contrariamente a lo previsto, con la mxima abertura de la vlvula, este ltimo se mantena todava perfectamente claro y estable a lo largo de todo el tubo, sin el menor asomo de perturbaciones en la corriente. Se prolong el brazo BC hasta casi tocar el piso para aumentar aun ms la velocidad; pero nada, el filete no se alteraba en lo ms mnimo.Evidentemente el dimetro, de un cuarto de pulgada, escogido para el sifn era demasiado reducido, el flujo no pasaba de laminar. Entonces Reynolds decidi usar un tubo de una pulgada. Pero hacer un sifn de vidrio de este dimetro no era fcil; y se le ocurri una solucin mucho ms simple:

El dibujo que Reynoldspresento es el siguiente:

El tanque V, de seis pies de largo, uno y medio de ancho y otro tanto de profundidad, se ve levantado siete pies por encima del piso, con el fin de alargar considerablemente el brazo vertical de la tubera de fierro que prolongaba, al otro lado de la pared del tanque, el tubo de vidrio AB donde el experimento se realizaba. Tambin utilizo un flotador, que permite controlar al centsimo de pulgada la bajada de nivel del agua en el tanque, y de pie sobre la plataforma el buen Mr. Foster, el ayudante, listo para regular, con una palanca gigantesca, el escurrimiento.El primer ensayo se pudo realizar el 22 de Febrero de 1880. Reynolds y Foster llegaron temprano, llenaron el tanque con una manguera y, de las 10 de la maana a las dos de la tarde, lo dejaron descansar para que el agua se tranquilizara. Luego se empez el experimento de la misma forma que las primeras tentativas. Se permiti al tinte fluir muy despacio, y se abri un poco la vlvula. El filamento coloreado se estableci como antes (Fig a) y permaneci muy estable al crecer la velocidad; hasta que de repente con una leve aperturade la vlvula, en un punto situado ms o menos dos pies antes del tubo de hierro, el filamento se expandi y se mezcl con el agua, hasta llenar el resto del conducto con una nube coloreada, que a primera vista pareca como un tinte uniforme (Fig b). Sin embargo, un examen ms cuidadoso revelo la naturaleza de esa nube: moviendo el ojo a modo de seguir el avance de la corriente, la expansin del filete coloreado se deshizo en movimiento ondulatorio del filamento bien definido, primero sin mayores disturbios; luego; despus de dos o tres ondas apareci una secuencia de remolinos aislados y perfectamente claros (Fig c). Se les poda reconocer bastante bien al seguirlos con los ojos; pero se distinguan mejor con el destello de un chispazo, cerrando un poquito la vlvula, los remolinos desaparecieron, y el filete coloreado se reconstituy.

Fig aFig bFig cAs, se haban podido producir en un mismo tubo, con solo variar la velocidad, los dos regmenes, laminar y turbulento. Pero el mismo resultado deba obtenerse al calentar el agua, y as reducir su viscosidad. El cuarto donde se realizaban los experimentos estaba a una temperatura de 8.3C, y esta era tambin la temperatura del agua; con un chorro de vapor Reynolds consigui elevarla a 21C, reduciendo 1.39 veces la viscosidad. Aumentando poco a poco la velocidad, determino en ambos casos el valor crtico con el cual empezaba a transformarse el movimiento laminar y encontr que en el segundo la velocidad critica era 1.45 veces menor que en el primero.Aunque esta concordancia fuera aceptable, considerando la naturaleza del ensayo, Reynolds qued con la idea de que en el tanque calentado deba manifestarse algunas perturbaciones adicionales: unas podan resultar de la diferencia de temperatura entre el agua y el medio ambiente, por lo cual la superficie libre del aguay aquellas en contacto con las paredes sufriran un enfriamiento, que a su vez podra crear una circulacin dentro del tanque. Otras perturbaciones se deban al gradiente de temperatura en el tanque mismo, ya que est, en el fondo, llegaba a ser hasta 5C ms alta que en la superficie. Reynolds prefiri enfriar el agua hasta su mxima densidad, 4C agregndole hielo. El experimento comprob que en todos los casos s existe una velocidad crtica, y que esta vara en proporcin directa con la viscosidad del flujo. Por otro lado, ensayos realizados, adems del de una pulgada, con otros dos tubos, de media y un cuarto, permitieron concluir que la velocidad mencionada es inversamente proporcional al dimetro del tubo, confirmando as que el flujo laminar se empieza a alterar por un valor bien definido del parmetrorUD/m.Estos ensayos, realizados con sumo cuidado en muchsimas condiciones distintas, le permitieron confirmar que su previsin era correcta; aun cuando llego a la conclusin de que, para flujo turbulento, la resistencia que el conducto ofrece al avance de la corriente no es proporcional al cuadrado de la velocidad, sino a la potencia de exponente 1.722.

Material:1. Agua2. ColoranteEquipo Deposito de agua Calibrador Deposito de experimento de Reynolds Manguera Bascula Vaso de 2000 ml Cronometro 2 soportes universales

Procedimiento:I. Medir el volumen del deposito para el experimento de Reynolds con el flexmetro sacar las dimensiones del deposito y hacer los clculos.(0.97)(0.3)(0.56)=160 litros

II. llenar los depsitos de agua y ponerlos a diferentes temperaturas uno con agua fra para eso pondremos 8 bolsas de hielo, otra agua caliente y el ultimo a temperatura ambiente.

III medir con el calibrador el dimetro interno del tubo donde pasara la tinta y poner en un depsito un tipo banco y arriba una cubeta con agua IV. llenar el depsito para el experimento de Reynolds y medir la temperatura. Poner al vaco los sifones para que pase el agua de un deposito a otro.

V. poner la tinta en un soporte universal a la menor temperatura o igual del lquido con mangueras conectadas al tubo del depsito del experimento de Reynolds y regular la salida de la tinta VI. Se abre la valvula de fluido regulando el gasto para asi ver los distintos regimenes que tenemos en el experimento

FLUJO LAMINAR

FLUJO TRANSITORIO

FLUJO TURBULENTO

VII. con el vaso de 2000ml se capta el agua hasta llegar a una medida dependiendo el fluido con la temperatura se repite 3 veces las cuales se tomara tiempo en que se llena y tambin volumen que se obtuvo.

PRUEBA 1

LECTURAVOLUMEN

TIEMPOSCAUDAL

TEMPERATURAC

FLUJO LAMINAR

1111297.62

2103390.85

3105493.6

FLUJO TRANSITORIO

496516.853

5110619.35

6111219.5

FLUJO TURBULENTO

718087.854

818238.2

917577.7

PRUEBA 2

LECTURAVOLUMEN

TIEMPOSCAUDAL

TEMPERATURAC

FLUJO LAMINAR

195935.7

18

2105438.5

3102738.1

FLUJO TRANSITORIO

4107519.4

5107219.17

6109019.16

FLUJO TURBULENTO

717409.45

817879.65

917609.5

PRUEBA 3

LECTURAVOLUMEN

TIEMPOSCAUDAL

TEMPERATURAC

FLUJO LAMINAR

185474.75

40

279269.85

386977.25

FLUJO TRANSITORIO

482827.5

577226.5

689029.9

FLUJO TURBULENTO

7167417.15

8175517.6

9177118.1

Determinacin del Nmero de Reynolds

VelocidadDimetroViscosidadNRE

4.003x10-230.20,001674722,166

1.2486x10-230.20,001054357,758

3.697x10-230.20,0006531709,791

ConclusinLa determinacin de los distintos clculos se llev a cabo como se esperaba obteniendo resultados de los cuales podemos determinar los diferentes tipos de regmenes del fluido y ver cada propiedad como va cambiando.Se comprob el experimento de Reynolds ya que dieron valores aceptables en cuestin de clculos y experimental pudimos comprobar que esos eran los tipos de regmenes.