practica de fenomenos reynolds
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7/24/2019 Practica de Fenomenos Reynolds
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIAQUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
ACADEMIA DE OPERACIONES UNITARIAS
LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE FENOMENOS DETRANSPORTE
PRACTICA No. 1
NUMERO DE REYNOLDS
GRUPO: 2IM03
ALUMNO(A): GARCIA CRU ADRIANA LAURA
FEC!A DE ENTREGA:
1"#SEPTIEMBRE#201$
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7/24/2019 Practica de Fenomenos Reynolds
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OBJETIVOS
El alumno reforzar los conocimientos en el estudio del perfil de
velocidades, reproduciendo el experimento de Osborne-Reynolds.
El alumno observar los diferentes tipos de rgimen laminar, de transicin yturbulento.
El alumno relacionar la velocidad y las propiedades fsicas de un fluido.
El alumno calcular el n!mero de Reynolds y con l determinara "ue tipode rgimen se presenta en cada caso.
INTRODUCCION
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#uando un l"uido fluye en un tubo y su velocidad es ba$a, fluye en lneas
paralelas a lo largo del e$e del tubo% a este rgimen se le conoce como &flu$o
laminar'. #onforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada &velocidad
crtica', el flu$o se dispersa (asta "ue ad"uiere un movimiento de torbellino en el
"ue se forman corrientes cruzadas y remolinos% a este rgimen se le conoce como
&flu$o turbulento'. El paso de rgimen laminar a turbulento no es inmediato, sino"ue existe un comportamiento intermedio indefinido "ue se conoce como &rgimen
de transicin'.
)i se inyecta una corriente muy fina de alg!n l"uido colorido en una tubera
transparente "ue contiene otro fluido incoloro, se pueden observar los diversos
comportamientos del l"uido conforme vara la velocidad.
#uando el fluido se encuentra dentro del rgimen laminar *velocidades ba$as+, el
colorante aparece como una lnea perfectamente definida, cuando se encuentra
dentro de la zona de transicin *velocidades medias+, el colorante se va
dispersando a lo largo de la tubera y cuando se encuentra en el rgimenturbulento *velocidades altas+ el colorante se difunde a travs de toda la corriente.
ara el flu$o laminar, la curva de velocidad en relacin con la distancia de las
paredes es una parbola y la velocidad promedio es exactamente la mitad de la
velocidad mxima. ara el flu$o turbulento la curva de distribucin de velocidades
es ms plana *tipo pistn+ y el mayor cambio de velocidades ocurre en la zona
ms cercana a la pared.
MARCO TEORICO
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Reynolds */0+ estudi las caractersticas de flu$o de los fluidos inyectando un
trazador dentro de un l"uido "ue flua por una tubera. 1 velocidades ba$as del
l"uido, el trazador se mueve linealmente en la direccin axial. )in embargo a
mayores velocidades, las lneas del flu$o del fluido se desorganizan y el trazador
se dispersa rpidamente despus de su inyeccin en el l"uido. El flu$o lineal se
denomina 2aminar y el flu$o errtico obtenido a mayores velocidades del l"uido sedenomina 3urbulento.
2as caractersticas "ue condicionan el flu$o laminar dependen de laspropiedades del l"uido y de las dimensiones del flu$o. #onforme aumenta
el flu$o msico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son
contrarrestadas por la por la friccin o fuerzas viscosas dentro del l"uido
"ue fluye. #uando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto e"uilibrio se
producen cambios en las caractersticas del flu$o. En base a los
experimentos realizados por Reynolds en /0 se concluy "ue las fuerzas
del momento son funcin de la densidad, del dimetro de la tubera y de lavelocidad media. 1dems, la friccin o fuerza viscosa depende de la
viscosidad del l"uido. )eg!n dic(o anlisis, el 4!mero de Reynolds se
defini como la relacin existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas
viscosas *o de rozamiento+.
Este n!mero es adimensional y puede utilizarse para definir lascaractersticas del flu$o dentro de una tubera.
El n!mero de Reynolds proporciona una indicacin de la prdida de energa
causada por efectos viscosos. Observando la ecuacin anterior, cuando lasfuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la prdida de energa, el
n!mero de Reynolds es pe"ue5o y el flu$o se encuentra en el rgimen
laminar. )i el 4!mero de Reynolds es 677 o menor el flu$o ser laminar.
8n n!mero de Reynolds mayor de 7 777 indican "ue las fuerzas viscosas
influyen poco en la prdida de energa y el flu$o es turbulento.
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FLUJO LAMINAR.
1 valores ba$os de flu$o msico, cuando el flu$o del l"uido dentro de la tubera es
laminar, se utiliza la ecuacin demostrada en clase para calcular el perfil develocidad *Ecuacin de velocidad en funcin del radio+. Estos clculos revelan "ueel perfil de velocidad es parablico y "ue la velocidad media del fluido esaproximadamente 7,9 veces la velocidad mxima existente en el centro de laconduccin.
FLUJO TURBULENTO.
#uando el flu$o msico en una tubera aumenta (asta valores del n!mero deReynolds superiores a 677 el flu$o dentro de la tubera se vuelve errtico y seproduce la mezcla transversal del l"uido. 2a intensidad de dic(a mezcla aumenta
conforme aumenta el n!mero de Reynolds desde 0777 (asta 7 777. 1 valoressuperiores del 4!mero de Reynolds la turbulencia est totalmente desarrollada, detal manera "ue el perfil de velocidad es prcticamente plano, siendo la velocidadmedia del flu$o aproximadamente o. veces la velocidad mxima.
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DIAGRAMA DE FLUJO
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DATOS TEORICOS
=998Kg
m3=0.998
Kg
L=1.002x103
Kg
m s
:; 7 mm
0.01m
A=
4D
2=
4
1.- Re= 1500
v=D
=
(0.01m) (1500 )(998Kgm3 )1.002x 10
3 Kg
m s
=0.1506 m
seg
Gv=A v=(7.854x105
m2 )(0.1506 mseg )=1.1828 m
3
seg=0.01183
L
seg
= VGV
= 1L
0.01183 L
seg
=84.54 seg
2.- Re= 3000
GV= D ( 4 D2)=
(1.002x 103 Kgm s ) (3000 )(0.01m )
(998
Kg
m
3
)
=0.02366 L
seg
= V
GV=
1L
0.02366 L
seg
=42.27 seg
3.- Re= 5000
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GV= D ( 4 D2)=
(1.002x 103 Kgm s ) (5000)(0.01m )(998Kgm3 )
=0 .03944 L
seg
= V
GV=
1L
0.03944 L
seg
=25.36 seg
DATOS EXPERIMENTALES
EXPERIMENTOG%&'o o*+,'-/o
()T+o (&)
1 1 38
2 1 !2"
3 1 !2
$ 1 53
1 5!
4 1 5!
" 1 13
5 1 12
6 1 13
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SECUENCIA DE CALCULOS
D#$%& Te'()*%&
=998Kg
m3=0.998
Kg
L
=1.002x103 Kg
m s
:; 7 mm
E+,e()e$% 1
a+ #lculo del gasto msico del agua en la operacin
GV=V
= 1
L
387seg=0.002584
L
seg=2.58x106
m3
seg
Gm=G v=(0.002584 Lseg)( 0.998KgL)=0.002579 Kgseg
b+ #lculo de la velocidad de flu$o del fluido dentro de la tubera
0.01m
A=
4D
2=
4
v=G v
A=
2.58x106 m
3
seg
7.854x 105
m2=0.03285
m
seg
c+ #lculo del n!mero de Reynolds
=D v
=
(0.01m)(0.03285 mseg )(998Kgm3 )1.002x10
3 Kg
m s
=327.189
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E+,e()e$% 2
a+
GV=V
= 1L
426seg
=0.002347 L
seg
=2.3474x106 m
3
seg
Gm=G v=(0.002347 Lseg )( 0.998KgL)=0.002343 Kgsegb+
0.01m
A=
4 D2
=
4
v=G v
A=
2.3474x106 m
3
seg
7.854x 105
m2 =0.02988
m
seg
c+ =D v
=
(0.01m)(0.02988 mseg )(998Kgm3 )1.002x10
3 Kg
m s
=297.907
E+,e()e$% 3
a+
GV=V
= 1
L
427 seg=0.002342
L
seg=2.34x106
m3
seg
Gm=G v=(0.002342 L
seg )(0.998 Kg
L)=0.002337 Kg
seg
b+
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0.01m
A=
4D
2=
4
v=G v
A=
2.34x106 m
3
seg
7.854x 105
m2=0.02979
m
seg
c+ =D v
=
(0.01m)(0.02979 mseg )(998Kgm3 )1.002x10
3 Kg
m s
=296.748
E+,e()e$% !
a+
GV=V
=
1L
53seg=0.01878
L
seg=1.887x106
m3
seg
Gm=G v=(0.01878
L
seg )(0.998
Kg
L)=0.01883
Kg
seg
b+
0.01m
A=
4D
2=
4
v=G v
A=
1.887x106 m3
seg
7.854x 105
m2=0.24023
m
seg
-
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c+ =D v
=
(0.01m)(0..24023 mseg )(998Kgm3 )1.002x 10
3 Kg
m s
=2392.71
TABLA DE RESULTADOS
GV( L
seg) Gm(
Kg
seg) v (
m
s) A (m2) NO. DEREYNOLD
S
TIPO DEFLU7O
0.002!2!
0.002!2 0.0308! 7.854x10
30.1"/ LAMINAR
0.018"3
0.0185/
0.232
7.854x10
23"3.3TRANSITORI
O
0.0/05
0.08/03
1.00"" 7.854x10 10025.8 TURBULENTO
ANALISIS DE RESULTADOS
#omo se observ en cada experimento terico "ue se realiz, con el n!mero deReynolds para cada tipo de flu$o, se ve "ue a mayor velocidad de flu$o se tiene un
tiempo mayor para el gasto, y esto en los datos experimentales se vionotablemente en cada uno de los < experimentos.
or ms constante "ue se tuviera un gasto volumtrico, variaba el tiempo, y por loconsecuente nuestra velocidad de flu$o, e independientemente de los valoresobtenidos, al realizar los clculos se observ cmo se comporta cada flu$o avariables diferentes.
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OBSERVACIONES
#uando se realizaron los experimentos, sera conveniente "ue cada integrante dele"uipo tuviera oportunidad de regular el flu$o "ue se tiene, ya "ue as se tendrauna idea ms clara de cmo tendra "ue ser el flu$o con la tinta, ya sea con unfluido laminar, transitorio y turbulento.
Otra parte importante a tomar en consideracin seria diferir en el volumen delgasto, para ver ms a detalle "ue a pesar de "ue se cambien ciertas variables, setendr el mismo tipo de flu$o y mismo n!mero de Reynolds.
CONCLUSIONES
1l trmino de la experimentacin, fsicamente se observ las diferencias "uetienen cada tipo de fluido, y su comportamiento ante cambios de velocidad cuandose regula el flu$o.
:espus de los clculos tanto tericos como experimentales se puede concluir"ue caractersticas debe tener cada tipo de fluido, y "ue genera si se varia eltiempo o el gasto volumtrico, se comprob "ue el experimento es adecuado para
cuantificar a un gasto pe"ue5o y a velocidades cortas, ya "ue el n!mero deReynolds, independientemente de estas variables, seguir comportndose deigual manera ya sea en una tubera industrial, domstica, etc.
Es indispensable tener en cuenta, tanto la viscosidad, como la densidad denuestro fluido a una cierta temperatura, ya "ue son variables "ue por mnima "uesea la diferencia, cambian muc(o al momento de calcular el n!mero de Reynolds.
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