Experimento Reynolds.docx

EXPERIMENTO DE REYNOLDS

Integrantes: YOCELYN DE LA ESPRIELLA T00038324 YERALDIN VELANDIA VELANDIA T00039257 EVER ORTEGA T00050474 LUIS CARLOS PEÑA T00055252 LUIS BARRERA T00046373

Profesor: OSCAR MANUEL VANEGAS CADRAZCO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Cartagena, Bolívar 2018

1. INTRODUCCIÓN En este informe, el cual parte de la práctica de laboratorio llamada “Demostración del experimento de Reynolds” el cual se realizó por medio de un equipo el cual está diseñado para realizar estos experimentos y visualizarlos. Este equipo de ensayos permite representar el flujo laminar, transitoria y turbulenta, cada uno de los flujos se puede observar gracias un trazado de tinta (azul para este caso) en un fragmento de tubo transparente con el cual consta el equipo. Por otro lado este experimento consistía en tomar medidas de los tiempos que tardaba en llenarse 1L de agua para cada uno de los flujos, esto con el fin de encontrar el caudal para cada tipo de flujo, la velocidad y luego proceder a encontrar el número de Reynolds.

2. OBJETIVOS Objetivo general: Entender físicamente las diferencias entre un flujo laminar, uno en transición y uno turbulento. Objetivo específico:   

Comprender el principio del número de Reynolds Determinar el numero de Reynolds en una tubería simple Observar flujos laminares, en transición y turbulento

3. MARCO TEÓRICO Numero de Reynolds: Reynolds (1874), estudió las características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluía por una tubería. A velocidades bajas del líquido, el trazador se mueve linealmente en la dirección axial. Sin embargo a mayores velocidades, las líneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa rápidamente después de su inyección en el líquido. El flujo lineal se denomina Laminar y el flujo errático obtenido a mayores velocidades del líquido se denomina Turbulento. Una de 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 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. En base a los experimentos realizados por Reynolds en 1874 se concluyó que las fuerzas del momento son función de la densidad, del diámetro de la tubería y de la velocidad media. Además, la fricción o fuerza viscosa depende de la viscosidad 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).

El número de Reynolds es adimensional y se utiliza para definir las características del flujo dentro de una tubería. Por otro lado, el número de Reynolds proporciona una indicación de la perdida de energía causada por efectos viscosos. De acuerdo con la ecuación, se dice que cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la perdida de energía, el número de Reynolds es pequeño y el flujo se encuentra en el régimen laminar. Si el número de Reynolds es 2100 o menor el flujo será laminar. Un número de Reynolds mayor de 10000 indican que las fuerzas viscosas incluyen poco en la perdida de energía y el flujo es turbulento. El movimiento de los fluidos puede clasificarse de muchas maneras, según diferentes criterios y según sus diferentes características, estas pueden ser: De acuerdo a la velocidad del flujo: FLUJO LAMINAR: se caracterizan porque el movimiento de las partículas del flujo produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos paralelas entre sí, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas. La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar:

Esta ley establece la relación existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de la deformación angular. La acción de la viscosidad puede amortiguar cualquier tendencia turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar. FLUJO TURBULENTO: en este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido.

FLUJO TRANSITORIO: se define como un régimen de flujo donde el radio de propagación de las ondas de presión del pozo no ha llegado a ningún límite del reservorio o yacimiento. De acuerdo a sus cambios de densidad respecto al tiempo: FLUJO COMPRESIBLE: es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables. FLUJO INCOMPRESIBLE: es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujo. Por variación de velocidad con respecto al tiempo: FLUJO PERMANENTE: se caracteriza por que las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que permanecen constantes con el tiempo o bien, si las variaciones en ellas son tan pequeñas con respecto a los valores medios.

FLUJO NO PERMANENTE: las propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no permanente. CAUDAL O FLUJO VOLUMÉTRICO: El caudal volumétrico se representa por la letra Q. Para los casos en los que el flujo se desplaza perpendicularmente a la sección del conductor, se determina con la siguiente fórmula: Q=A =V/t En dicha fórmula A es la sección del conductor (es la velocidad promedio que tiene el fluido), V es el volumen y t el tiempo. Dado que en el sistema internacional el área o sección del conductor se mide en m2 y la velocidad en m/s, el caudal se mide m3/s.

4. PROCEDIMIENTO: A continuación se presentan las indicaciones para realizar el ensayo: 4.1.Realice la conexión entre HM 150 y HM 150.18. 4.2.Conecte la manguera en el embudo. Meta el embudo en el orificio de la tapa del tanque de depósito. La manguera no deberse en la tubería, sino debe pasar un lado. Llene el tanque de depósito con las bolas de vidrio a través del embudo con la manguera. No deben meterse las bolas de vidrio en la tubería. 4.3.Abra la descarga de HM 150. 4.4.Cierre los tubos de desagüe del grifo de salida y de la conexión de desagüe. 4.5.Llene el depósito de aluminio de tinta. La válvula de bola debajo del depósito debe estar cerrada. 4.6. Después de algún tiempo, el tramo de tubo de ensayo está completamente lleno. 4.7.Observe los distintos tipos de flujo (laminar, transición y turbulento). Mida el caudal para cada uno de ellos. 5. DATOS 𝐷 = 10𝑚𝑚 = 0.01𝑚 𝑘𝑔 𝜌 = 1000 3 𝑚 𝑘𝑔 𝜇 = 0.0005852 𝑎 27° 𝐶 𝑚. 𝑠

VOLUMEN (L) 1 1 1

LAMINAR TRANSITORIO TURBULENTO

TIEMPO 01:09:76 00:56:13 00:32:28

6. ANÁLISIS

𝑡𝑙𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟 = 69,076 𝑠𝑒𝑔 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑐𝑖𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜 = 56,013 𝑠𝑒𝑔 𝑡𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑡𝑜 = 32,028 𝑠𝑒𝑔

𝑄= 𝑅𝑒 =

𝑣∗𝐷 𝐷∗𝑣∗𝜌 = 𝜇 𝜇

Dónde: 𝑉 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐴 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑣 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝜇 = 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐷 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

Laminar: 𝑉 =𝐴∗𝑣 𝑡 𝑉 0.001𝑚3 𝑚3 𝑄= = = 1.45𝑥10−5 𝑡 69,076 𝑠𝑒𝑔 𝑠 2 2 −5 2 𝐴 = 𝜋𝑟 = 𝜋(0.005𝑚) = 7.85𝑥10 𝑚 𝑄=

𝑉 =𝐴∗𝑣 𝑡

(1) (2)

Reemplazamos en nuestra ecuación (1) 1.45𝑥10−5

𝑚3 = 7.85𝑥10−5 𝑚2 (𝑣) 𝑠

Despejamos v:

𝑣=

𝑚3 𝑠 −5 7.85𝑥10 𝑚2

1.45𝑥10−5

= 0.18

𝑚 𝑠

Reemplazamos en (2). 𝑘𝑔 𝑚 𝑠 ) (1000 𝑚3 ) = 2112.7 𝑘𝑔 0.000852 𝑚 ∗ 𝑠

(0.01𝑚) (0.18 𝑅𝑒 =

𝑙𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟: [2112.7 < 2300] ∴

Transitorio: 𝑉 𝑡

𝑄= 𝑄=

=𝐴∗𝑣

𝑉 0.001𝑚3 𝑚3 = = 1.8𝑥10−5 𝑡 56,013 𝑠𝑒𝑔 𝑠

Reemplazamos en nuestra ecuación (1) 1.8𝑥10−5

𝑚3 = 7.85𝑥10−5 𝑚2 (𝑣) 𝑠

Despejamos v: 𝑚3 1.8𝑥10−5 𝑠 𝑚 𝑣= = 0.23 −5 2 7.85𝑥10 𝑚 𝑠 Reemplazamos en (2) 𝑘𝑔 𝑚 ) (1000 3 ) 𝑠 𝑚 = 2700 𝑘𝑔 0.000852 𝑚 ∗ 𝑠

(0.01𝑚) (0.23 𝑅𝑒 =

𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜: [2300 < 2700 < 4200] ∴

Turbulento: 𝑉 𝑡

𝑄= 𝑄=

=𝐴∗𝑣

𝑉 0.001𝑚3 𝑚3 = = 3.12𝑥10−5 𝑡 32,028 𝑠𝑒𝑔 𝑠

Reemplazamos en nuestra ecuación (1) 3.12𝑥10−5

𝑚3 = 7.85𝑥10−5 𝑚2 (𝑣) 𝑠

Despejamos v: 𝑚3 3.12𝑥10−5 𝑠 𝑚 𝑣= = 0.4 7.85𝑥10−5 𝑚2 𝑠 Reemplazamos en (2) 𝑘𝑔 𝑚 𝑠 ) (1000 𝑚3 ) = 4694.83 𝑘𝑔 0.000852 𝑚∗𝑠

(0.01𝑚) (0.4 𝑅𝑒 =

𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑡𝑜: [4200 > 4694.83] ∴

7. CONCLUSIÓN En este informe se demostró el experimento de Reynolds con el equipo de ensayo que permitió representar la inundación laminar cuando el caudal es pequeño y turbulenta cuando el caudal es abundante. Se logró apreciar que para medir un litro de salida en una inundación laminar el tiempo tomado es mayor que la inundación turbulenta esto se entiende con las propiedades del caudal. Para verificar, si el experimento se realizó correctamente realizamos los cálculos requeridos y se obtuvo que para la inundación laminar fue de 2112.23 y fue menor a 2300 que es su valor máximo. Además, conforme a la inundación turbulenta fue de 4694.83 que fue mayor a su valor mínimo de 4200. Se concluye que este experimento si cumple los requisitos para comprobar el experimento de Reynolds.

8. BIBLIOGRAFÍA Lifeder.com. (s.f.). Obtenido de https://www.lifeder.com/flujo-volumetrico/ Numero de Reynolds . (s.f.). Obtenido de https://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Reynold.htm Petroblogger.com. (s.f.). Obtenido de http://www.ingenieriadepetroleo.com/flujotransiente-regimen-de-flujo-en-un/ Rodriguez, N. (s.f.). Clasificacion del flujo. Obtenido de http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/clasificaci ondelflujo/clasificaciondelflujo.html Virginia, N. (s.f.). Mecanica de fluidos . Obtenido de http://mecanicadefluidosuniguajira2014.blogspot.com/2014/10/clasificacion-deflujos-de-fluidos.html