Reporte 2 Reynolds.docx

TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO INSTITUTO TECNOLOGICO DE CIUDAD MADERO

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y BIOQUIMICA INGENIERIA EN SERVICIOS AUXILIARES

SANCHEZ DEL ANGEL ERIC EDUARDO

16070476

ING. AGUILAR DE LUNA SANTOS

19 DE MARZO DE 2019

ÍNDICE

3. OBJETIVO __________________________________________ 3 4. TEORIA Y DESARROLLO MATEMATICO _________________ 3 5. MATERIAL Y EQUIPO _________________________________ 4 6. PROCEDIMIENTO ____________________________________ 4 7. DATOS EXPERIMENTALES ____________________________ 5 8. RESULTADOS _______________________________________ 5 9. GRAFICAS __________________________________________ 5 10. DISCUSIÓN DE RESULTADOS _________________________ 6 11. COMENTARIOS _____________________________________ 6 12. BIBLIOGRAFIA ______________________________________ 6 13. APENDICES ________________________________________ 7 14. CUESTIONARIO _____________________________________10

3. OBJETIVO - Visualizar los flujos en diferentes regímenes de escurrimiento, diferenciando el flujo laminar (flujo ordenado, lento) del flujo turbulento (flujo desordenado, rápido), flujo transicional (características del flujo laminar y turbulento a la vez). - Determinar experimental y teóricamente el numero de Reynolds para diferentes velocidades de flujo. - Graficar la variación del número de Reynolds con la variación del flujo volumétrico y de la velocidad.

4.TEORIA Y DESARROLLO MATEMATICO Régimen de un flujo: Es un estado que representa el comportamiento del fluido. Depende principalmente de la gravedad, densidad y sus efectos inerciales. Y de pendiendo de las fuerzas predominantes ya sean viscosas o fricción se presentarán los diferentes regímenes de flujo. Y este puede clasificarse en turbulento, laminar y transitorio. Flujo laminar: Es aquel en el que el movimiento de las partículas tiene solamente el sentido la dirección del movimiento principal el fluido. Las partículas se desplazan siguiendo trayectorias paralelas, formando así en conjunto capas o láminas de ahí su nombre, el fluido se mueve sin que haya mezcla significativa de partículas de fluido vecinas. Este flujo se rige por la ley que relaciona la tensión cortante con la velocidad de deformación angular. Flujo turbulento: Es aquel en el que las partículas del fluido tienen desplazamiento en sentido diferente al del movimiento principal del fluido. Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias definidas. La acción de la viscosidad es despreciable. Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable, y se mueven en forma errática chocando unas con otras. Al entrar las partículas de fluido a capas de diferente velocidad, su momento lineal aumenta o disminuye, y el de las partículas vecina la hacen en forma contraria. Numero de Reynolds (NRe): El número de Reynolds (Re) es un parámetro adimensional cuyo valor indica si el flujo sigue un modelo laminar o turbulento. El número de Reynolds depende de la velocidad del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro equivalente si la conducción no es circular, y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica. El NRe una tubería circular se considera: • Re < 2300 El flujo sigue un comportamiento laminar.

• 2300 < NRe < 4000 Zona de transición de laminar a turbulento. • NRe > 4000 El fluido es turbulento.

Regímenes de flujo para fluidos no newtonianos. Fluido no newtoniano: es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante. Los regímenes de flujo que existen para los fluidos no newtonianos son los mismos que existen para los fluidos newtonianos los cuales son laminar y turbulento y dependiendo la actividad a realizar con el fluido este podrá ser empleado de diferentes maneras sin embargo al trabajar con fluidos no newtonianos lo más conveniente será buscar que estos fluyan de una manera laminar o en un equilibrio entre laminar y turbulenta debido a que al no ser de este tipo presentaran más complicaciones como una mayor pérdida por fricción lo que se traduce como menor gasto debido a las perdidas presentadas ya que una cantidad considerable de fluidos puede quedar en las paredes del conducto por el que este se desplaza. El otro caso es cuando un fluido no newtoniano se desplaza de una manera turbulenta esto ocasiona como ya se mencionó una perdida mayor de carga debido a que el fluido no fluye como se quiere si no que este tiende a moverse en diferentes direcciones por lo que disminuye la velocidad. Para contrarrestar este efecto es conveniente modificar una de las variables ya sea la temperatura que afecta la viscosidad o la velocidad lo cual permitirá que el fluido fluya de una mejor manera.

5. MATERIAL Y EQUIPO  Tanque de almacenamiento para el agua  Embudo de separación para el permanganato de potasio  Tubo de vidrio de aproximadamente 2 cm de diámetro con un tubo capilar en el centro  Probeta  Termómetro  Cronómetro 6. PROCEDIMIENTO 1. 2. 3. 4. 5.

Abrir válvula de bola para dejar pasar el fluido Abrir válvula de mariposa para formar el perfil en el tubo Medir caudal (4 veces) con ayuda de una probeta, tomando el tiempo Inyectar KMn04 observando el perfil de velocidad Calcular el número de Reynolds }

7. DATOS EXPERIMENTALES N°

Volumen (mL)

Tiempo (s)

1

155

15.36

2

219

03.89

3 4

1540 1700

13.60 10.13

8. RESULTADOS N°

Q (cm3/s)

𝜐 (cm/s)

Nre

Descripción

1 2 3 4

10.0911 56.2982 113.2352 167.8183

0.4978 2.7776 5.5868 8.2798

252.8824 1411.0208 2838.0944 4206.1384

FLUJO LAMINAR FLUJO LAMINAR REGION TRANSICION FLUJO TURBULENTO

9. GRAFICAS

10. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Viendo los resultados obtenidos, podemos interpretar que mientras aumente más la velocidad y el flujo de agua que pasa a través del tubo, más aumenta el NRe, visual y matemáticamente, ya está comprobado. Por cada descarga, fue ascendente el resultado.

11. COMENTARIOS

En esta ocasión los resultados fueron los esperados, se determinó cuales flujos fueron turbulentos y cuales otros laminares. A pesar de que pudo haber un margen de error al tomar el tiempo con el cronómetro y poner la probeta para tomar un poco del flujo, mis compañeros hicieron un buen trabajo y pudieron con eso, ya que era un trabajo de sincronización, junto con el que tenía el cargo de abrir y cerrar la válvula.

12. BIBLIOGRAFIA  Badger y Banchero. “Introducción a la Ingeniería Química. Editorial McGraw-Hill  http://www.valvias.com/numero-dreynolds.php?fbclid=IwAR2vitdeHCXgeEDJZsQWDRX85SWQWr-5AZEfuQqE9hKWF5Uwih9biddZsA  https://previa.uclm.es/area/ing_rural/Hidraulica/Temas/Tema7.pdf?fbclid=IwAR35AH bfyzDYiYnQJWvvDAt-WY-rrupXFv0vLAQXQKdokW49ZUAAJNsDy2w

13. APÉNDICES DATOS

FÓRMULAS

D = 2 in = 5.08 cm r = 1 in = 2.54 cm µ = 1 cp = 0.01 poise = 0.01 g/cm*s V = 155 mL t = 15.36 s A = π*r2 = 3.1416*(2.54 cm)2 = 20.2682 cm2

𝑄=

𝑉 𝑡

𝜐=

𝑄 𝐴

𝑅𝑒 =

𝐷𝜐𝜌 𝜇

1. Obtener Flujo volumétrico

𝑄=

𝑉 155 𝑚𝐿 𝑚𝐿 1 𝑐𝑚3 𝑐𝑚3 = = 10.0911 ( ) = 10.0911 𝑡 15.36 𝑠 𝑠 𝑚𝐿 𝑠

2. Obtener velocidad 𝑐𝑚3 𝑄 10.0911 𝑠 𝑐𝑚 𝜐= = = 0.4978 𝐴 20.2682 𝑐𝑚2 𝑠

3. Obtener Número de Reynolds

𝑅𝑒 =

𝐷𝜐𝜌 𝜇

=

(5.08 𝑐𝑚)(0.4978 0.01

𝑐𝑚 𝑔 )(1 3 ) 𝑠 𝑐𝑚

𝑔 𝑐𝑚∗𝑠

COMO NRe < 2100 ∴ FLUJO LAMINAR

= 𝟐𝟓𝟐. 𝟖𝟖𝟐𝟒

DATOS

FÓRMULAS

D = 2 in = 5.08 cm r = 1 in = 2.54 cm µ = 1 cp = 0.01 poise = 0.01 g/cm*s V = 219 mL t = 03.89 s A = π*r2 = 3.1416*(2.54 cm)2 = 20.2682 cm2

𝑄=

𝑉 𝑡

𝜐=

𝑄 𝐴

𝑅𝑒 =

𝐷𝜐𝜌 𝜇

1. Obtener Flujo volumétrico

𝑄=

𝑉 219 𝑚𝐿 𝑚𝐿 1 𝑐𝑚3 𝑐𝑚3 = = 56.2982 ( ) = 56.2982 𝑡 03.89 𝑠 𝑠 𝑚𝐿 𝑠

2. Obtener velocidad 𝑐𝑚3 𝑄 𝑠 = 2.7776 𝑐𝑚 𝜐= = 𝐴 20.2682 𝑐𝑚2 𝑠 56.2982

3. Obtener Número de Reynolds

𝑅𝑒 =

𝐷𝜐𝜌 𝜇

=

(5.08 𝑐𝑚)(2.7776 0.01

𝑐𝑚 𝑔 )(1 3 ) 𝑠 𝑐𝑚

𝑔 𝑐𝑚∗𝑠

COMO NRe < 2100 ∴ FLUJO LAMINAR

= 𝟏𝟒𝟏𝟏. 𝟎𝟐𝟎𝟖

DATOS

FÓRMULAS

D = 2 in = 5.08 cm r = 1 in = 2.54 cm µ = 1 cp = 0.01 poise = 0.01 g/cm*s V = 1540 mL t = 13.60 s A = π*r2 = 3.1416*(2.54 cm)2 = 20.2682 cm2

𝑄=

𝑉 𝑡

𝜐=

𝑄 𝐴

𝑅𝑒 =

𝐷𝜐𝜌 𝜇

1. Obtener Flujo volumétrico

𝑄=

𝑉 1540 𝑚𝐿 𝑚𝐿 1 𝑐𝑚3 𝑐𝑚3 = = 113.2352 ( ) = 113.2352 𝑡 13.60 𝑠 𝑠 𝑚𝐿 𝑠

2. Obtener velocidad 𝑐𝑚3 𝑄 𝑠 = 5.5868 𝑐𝑚 𝜐= = 𝐴 20.2682 𝑐𝑚2 𝑠 113.2352

3. Obtener Número de Reynolds

𝑅𝑒 =

𝐷𝜐𝜌 𝜇

=

(5.08 𝑐𝑚)(5.5868 0.01

𝑐𝑚 𝑔 )(1 3 ) 𝑠 𝑐𝑚

𝑔 𝑐𝑚∗𝑠

= 𝟐𝟖𝟑𝟖. 𝟎𝟗𝟒𝟒

COMO 2100 < NRe < 4000 ∴ REGIÓN TRANSICIÓN

14. CUESTIONARIO

1.- ¿Cómo se determina el número de Reynolds para tuberías que no son circulares? R. El número de Reynolds (Re) es un parámetro adimensional cuyo valor indica si el flujo sigue un modelo laminar o turbulento. El número de Reynolds depende de la velocidad del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro equivalente si la conducción no es circular, y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica. En las conducciones no circulares, se calcula un diámetro equivalente a partir del área de la sección de paso (A) y su perímetro mojado (P). En las conducciones circulares, el diámetro equivalente coincide con el diámetro de la propia tubería. Ejemplo: Sección conducción rectangular

2.- ¿Cómo se relaciona el número de Reynolds con el factor de fricción? R. El factor de Fricción o coeficiente de resistencia de Darcy-Weisbach (f) es un parámetro que se relaciona con el número de Reynolds y a su vez con la rugosidad relativa.

3.-Reportar y observar el número de Reynolds obtenido y observado. R. El número de Reynolds está en función del flujo volumétrico y de la velocidad entre más aumentara la velocidad y el flujo aumentara el Reynolds.