PRÁCTICA N° 03 MECÁNICA DE FLUIDO

7/25/2019 PRCTICA N 03 MECNICA DE FLUIDO

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PRCTICA N 03: EXPERIMENTO DE REYNOLDS.

I. OBJETIVOS:

Realizar el experimento de Reynolds. Verificar los modelos de flujo laminar o turbulento, que se presentan cuando est

fluyendo un lquido por una tubera. Reafirmar los conceptos tericos estudiados. Hallar el caudal, velocidad promedio a trav s de la tubera.

II. FUNDAMENTO TERICO.

!"#$R"%&'" (&% )%$*+ (& $! )%$ (+.

-uando un fluido fluyea trav s de una tubera o sobre una superficie, el modelo deflujo variar con la velocidad, las propiedades fsicas del fluido y la eometra de lasuperficie.

&/0&R 1&!#+ (& R&2!+%(3.+sborne Reynolds en 4556 report un experimento que es vlido 7asta nuestrosdas para demostrar la naturaleza del flujo de un fluido, el aparato que utiliz serepresenta en la fi ura 6.4.

Figu ! 3.". A#! !$% &' R'()%*&+ #! ! '+$u&i! *%+ ,%&'*%+ &' -*u %.

&n un tanque de vidrio con a ua a nivel constante es sumer ido un tubo de vidriocon entrada acampanada y dimetro conocido, el flujo de masa o caudal a la

Agu

Nivel

Vlvulade

Entrada de

agua


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salida se controla por medio de una vlvula. &n el centro del tubo por intermediode un capilar se introduce una corriente muy fina colorante soluble en a ua, enese punto la velocidad de la corriente del colorante se 7ace i ual a la del a ua. "velocidades bajas del flujo de a ua, el filamento del colorante se mantiene a lolar o de todo el eje del tubo, tal como se presenta en la fi ura 6.8, tendiendo a

ensanc7arse muy poco a uas abajo, el ensanc7amiento del filamento se debe alfenmeno de difusin molecular del colorante en el a ua.

Figu ! 3./. M%&'*% &'* -*u % ! '*%1i&!&'+ 2! !+. " velocidades mayores como se observa en la fi ura 6.6. &l filamento del colorantese quiebra en porciones finitas de considerable tama9o, corriente abajo estasporciones o remolinos se separan muc7o ms y el colorante introducido es7omo neamente dispersado.

Figu ! 3.3. M%&'*% &'* -*u % ! '*%1i&!&'+ ,%&' !&!+.

" velocidades elevadas o altas, como se ve en la fi ura 6.:, las actividades de losremolinos son muy violentas, prestndose una mezcla total entre el a ua y elcolorante, la coloracin se 7ace bastante 7omo nea, se presenta por todo el tuboy se aproxima al punto de inyeccin del colorante.


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)i ura 6.:. 1odelo del flujo a velocidades altas.

". FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO.

4.4. F*u % *!,i)! .&s un modelo de flujo que se presenta a velocidades bajas del fluido en formade corrientes paralelas, el fluido se mueve sin mezclar lateral y las capasconti uas se deslizan unas sobres otras, no existe corrientes transversales nitorbellinos, el transporte del fluido es a nivel molecular, fi ura 6.8.

4.8. F*u % $u 2u*')$%.&s otro modelo de flujo que se presenta a velocidades ms altas del fluido, elfluido se desplaza al azar dando lu ar a corrientes transversales y remolinos,existe una turbulencia total del fluido, fi ura 6.:. el experimento de Reynolds

demuestra claramente la naturaleza de la transicin entre flujo laminar yturbulento de un fluido, existe dos velocidades crticas una mayor y otra menor,la mayor indica que por debajo de ellas las oscilaciones del flujo son inestablesy la menor indica que por encima de ella tambi n existe un flujo en estado entransicin.

4.6. Di-' ')1i! &'* -*u % *!,i)! ( $u 2u*')$%.%a diferencia entre el movimiento laminar y el movimiento turbulento sedar en base a la velocidad critica, de esta forma cuando la velocidadmedia en la seccin es menor que la velocidad crtica el movimiento eslaminar y si la velocidad media en la seccin es mayor que la velocidadcrtica el movimiento es turbulento. %a velocidad crtica, a su vez,depender del dimetro del tubo y del valor de la densidad y viscosidad delfluido, 7abi ndose comprobado que cualquiera que sea el fluido sepresenta condiciones crticas cuando el llamado n;mero de Reynolds, quees adimensional, supera a un valor experimental del orden de 8


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>6? (ensidad.>:? Velocidad lineal media del lquido.

&stas cuatro variables pueden combinarse para formar un rupo, que indica que elcambio del modelo de flujo se presenta para dos valores definidos por el ! Re. 0ara! Re inferiores a 84


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6/17

H 2 O= 998.56 kg /m3

a una temperatura de 8


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ml m6 s m3 /s m/s Kg /m.Pa )lujo lamin

ml m6 s m3 /s m/s Kg /m.Pa )lujo lamin

ml m6 s m3 /s m/s Kg /m.Pa &stado transi

ml m6 s m3 /s m/s Kg /m.Pa &stado transiml m6 s m3 /s m/s Kg /m.Pa )lujo turbule

ml m6 s m3 /s m/s Kg /m.Pa )lujo turbule

ml m6 s m3 /s m/s Kg /m.Pa )lujo turbule

V. CLCULOS Y DISCUSIN.". >!**! *%+ 1!u&!*'+ ( 1!*1u*! *%+ )4,' %+ &' R'()%*&+.

-on los si uientes datos obtenidos en la prcticaK sabremos qu modelo de flujo=

4G V 1= 885 ml= 8.85 10 4 m3 t 1= 147 ' ' = 147 s

A -audal=

m(3 ) yt : tiempoenquetranscurre (s)

Q 1 =V 1

t 1dondeV : volumen

Q 1=8.85 10 4 m3

147 s = 6.02 10 6 m3 /s

A Velocidad lineal=u1=Q 1 A1

dondeQ : caudal (m3 /s ) y A: !rea

u1=Q 1 A1

= Q1" 4d 21

u1=6.0210

6 m3 /s" 4(0.015 )2 m2

= 0.034 m/s

A n;mero de Reynolds para fluidos !eLtonianos.


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N 1=d u 1

N =(0.015 m)(0.034 m/ s)(998.56 Kg/m3 )

1.0559 10 3

Pa s

N 1= 482.3 Kg/m.Pa (#luido laminar )

8G V 2= 1000 ml= 1 103 m3 t = 128 s

A -audal=

m

(3

) yt :

tiempoenquetranscurre (s)Q = V

t dondeV : volumen

Q= 1 10 3 m3

128 s = 7.8110 6 m3 /s

A Velocidad lineal=u=Q A

dondeQ: caudal (m3 /s ) y A: !rea

u= Q A

= Q" 4d

2

u= 7.8110 6 m3 /s

" 4(0.015 )2 m2

= 0.044 m / s


N =d u

N =(0.015 m)(0.044 m/ s)(998.56 Kg/m3 )

1.0559 10 3 Pa s

N 2= 624.16 Kg/m.Pa (#luidolaminar )


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6G V 3= 905 ml= 9.05 10 4 m3 t = 98 s

A -audal=


Q = V t dondeV : volumen

Q= 9.05 10 4 m3

98 s = 9.2310 6 m3 / s



u= Q A

= Q"

4d 2

u= 9.23 10 6 m3 /s

" 4(0.015 )2 m2

= 0.052 m /s


N =d u

N =(0.015 m)(0.052 m /s )(998.56 Kg/m3 )

1.0559 103 Pa s

N 3= 737.64 Kg/m.Pa (#luidolaminar )

:G V 4 = 1280 ml= 1.28 103 m3 t = 67 s

A -audal=




10/17

Q= 1.28 10 3 m3

67 s = 1.9110 5 m3 /s



u= Q A

= Q" 4d 2

u= 1.91 10 5 m3 /s

" 4(0.015 )2 m2

= 0.108 m /s


N = d u

N =(0.015 m)(0.108 m /s )(998.56 Kg/m3)

1.0559 103 Pa s

N 4 = 1532.03 Kg /m.Pa (#luido laminar )

EG V 1= 1345 ml= 1.345 10 3 m3 t = 44 s

A -audal=



Q= 1.345 10 3 m3

44 s = 3.06 10 5 m3 / s



u= Q A

= Q" 4d 2


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u= 3.06 10 5 m3 / s

" 4(0.015 )2 m2

= 0.173 m /s


N =d u

N =(0.015 m)(0.173 m /s )(998.56 Kg/m3)

1.0559 103 Pa s

N 5= 2454.08 Kg/m.Pa (estadotransici$n )

JG V 6= 1345 ml= 1.345 10 3 m3 t = 32 s

A -audal=



Q=1.345 10 3 m3

32 s = 4.20 105

m3

/s



u= Q A

= Q" 4d 2

u= 4.20 105 m3 /s

"

4(0.015 )2 m2

= 0.238 m/s


N =d u


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N =(0.015 m)(0.238 m /s )(998.56 Kg/m3)

1.0559 103 Pa s

N 6= 3376.13 Kg/m.Pa (estadotransici$n )

G V 7= 1480 ml= 1.48 10 3 m3 t = 24 s

A -audal=



Q= 1.48 10 3 m3

24 s = 6.17 10 5 m3 / s



u= Q A

= Q" 4d 2

u= 6.17 10 5 m3 /s

" 4(0.015 )2 m2

= 0.349 m / s


N =d u

N =(0.015 m)(0.349 m /s )(998.56 Kg/m3)

1.0559 103 Pa s

N 7= 4950.72 Kg/m.Pa (#luido tur%ulento )

5G V 8= 1290 ml= 1.29 10 3 m3 t = 19 s


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A -audal=


Q = V t

dondeV : volumen

Q=1.29

10 3

m3

19 s = 6.79 10 5

m3

/s



u= Q A

= Q" 4d 2

u= 6.79 10 5 m3 / s

" 4(0.015 )

2

m2

= 0.384 m/ s


N =d u

N =(0.015 m)(0.384 m/ s)(998.56 Kg/m3 )

1.0559 10 3 Pa s

N 8= 5447.21 Kg/m.Pa (#luidotur%ulento )

IG V 9= 1175 ml= 1.175 103 m3 t = 15 s

A -audal=



Q= 1.175 10 3 m3

15 s = 7.8310 5 m3 /s




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u= Q A

= Q" 4d 2

u= 7.83 10 5 m3 / s

" 4(0.015 )2 m2

= 0.443 m /s


N =d u

N =(0.015 m)(0.443 m /s )(998.56 Kg/m3)

1.0559 103 Pa s

N 6= 6284.15 Kg/m.Pa (#luidotur%ulento )

/. D'+1 i2! '* -')8,')% %2+' !&% ') *! # ?1$i1! &' *!2% !$% i%.

F*ui&% *!,i)! : &ste movimiento se presenta al 7acer fluir a ua a muy baja velocidad,y el filamento del colorante se mantiene a lo lar o de todo eje del tubo. &ste es unmovimiento donde las lneas de corriente recorren transversalmente y trayectoriasrectas.E+$!&% i)'+$!2*': "l 7acer fluir a ua a mayor velocidad y el filamento del colorante sequiebra en porciones finitas de considerable tama9o, 7ay remolinos que se separanmuc7o ms y el colorante introducido es 7omo neamente dispersado.F*ui&% $u 2u*')$%: Mste movimiento es diferente al 7acer fluir a ua a alta velocidad yla actividad de los remolinos son muy violentas, presentndose una mezcla total entreel a ua y el colorante, la coloracin se 7ace bastante 7omo nea, se presenta por todo el tubo y se aproxima al punto de inyeccin del colorante. 3e le llama turbulentoya que cada mol cula pierde ener a debidos a los rebotes y c7oques en las paredesdel elemento conductor.

3. I&')$i-i9u' *%+ ,%&'*%+ &' -*u % 9u' +' # '+')$!.)lujo laminar.&stado de transicin.)lujo turbulento

VI. CONCLUSIONES.


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3e lle a realizar el experimento Reynolds, para demostrar la naturaleza del flujode un fluido.

"l 7acer fluir el lquido por la tubera ya sea a una velocidad baja o alto, deacuerdo a ello 7emos reconocido los modelos de flujo laminar o turbulento.2 lle amos a comprobar lo terico con lo experimental, mediante una serie declculos, para poder comprobar el flujo laminar >N8


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"7ora es conveniente expresarlo en funcin del flujo msico por unidad derea, dado que esta variable permanece constante. Viendo la expresin parael n;mero de Reynolds se puede observar que si la viscosidad del fluido novara considerablemente a lo lar o de la tubera se puede suponer que el n;mero de Reynolds es constante a lo lar o de la misma.

" medida que la presin cae ms, ms peque9o ser el valor de la densidaden dos y por consi uiente ms alto ser el valor de la velocidad en este punto.3in embar o, la velocidad no aumenta de manera indefinida.

3. P% u)! $u2' ! &' ,'&i! #u*g!&! &' DI -*u(' *'1 ' 1%) u) 1!u&!* &'0." , 3 =,i) +i *! $',#' !$u ! &' *! *'1 ' '+ &' 30C 9u' ,%&'*% &' -*u %# '+')$! '* -*ui&% ') ,% i,i')$%.

(imetro del tubo de vidrio= ( D 4@8pul DI,Emm D I,5F4


17/17

N =(0.098 m)(0.4 m /s)(1027 Kg/m3)

1.1910 3 Pa s

N 8= 33830,59 Kg/m.Pa (#luidotur%ulento )

VIII. REFERNECIA BIBLIO RFICA

C"(P&R@ C"!-H&R+= ntroduccin a la n eniera Qumica. &ditorial %ibros 1cPraLA Hill. $niversity of (ame, ndiana, 4I I.

CR+ !, et. al.= n eniera Qumica. &ditorial 1arn 3. ". $niversity of 1ic7i an, 4II

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