informe practica de laboratorio de mecanica de fluidos

E.A.P. INGENIERIA CIVIL UPeU

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UNIVERSIDAD PERUANA UNIN

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

E.A.P. Ingeniera Civil

INFORME PRCTICA DE LABORATORIO MECANICA DE FLUIDOS DENSIDAD Y

NUMERO DE REYNOLDS

Informe Presentado como requisito Parcial para la Aprobacin del curso de

Mecnica de Fluidos

AUTOR:

Witmar Or Salinas

Julino Arce Tacuri

Jess Chile Santa Cruz

Jhon Ronald Goicochea Paucar

PROFESOR:

Jaime Edsel Daz Carrera

GRUPO: 3

Lima, 22 de junio de 2015


2

ndice

I. OBJETIVOS: ............................................................................................................................................ 3

II. MOTIVACION: ........................................................................................................................................ 3

III. FUNDAMENTO TEORICO: ...................................................................................................................... 3

Prueba N 1: Densidad ....................................................................................................................... 3

1.1 Densidad ......................................................................................................................................... 4

1.2 Anlisis de dimensiones:.................................................................................................................. 4

2. PESO ESPECFICO o DENSIDAD RELATIVA .......................................................................................... 5

3. Densidad relativa (DR) ..................................................................................................................... 6

Prueba N 2: Numero de Reynolds ................................................................................................. 7

-Qu es el nmero de Reynolds? ......................................................................................................... 7

-De cules variables depende? ............................................................................................................ 7

-FENOMENO FISICO SIMPLIFICADO: ...................................................................................................... 7

Numero de Reynolds ............................................................................................................................. 7

Flujo laminar. ......................................................................................................................................... 8

Flujo turbulento. .................................................................................................................................... 8

IV. HIPOTESIS: ................................................................................................................................. 9

V. MODELO MATEMATICO: ....................................................................................................................... 9

VI. DISEO DE LA PRCTICA ................................................................................................................. 10

VARIABLES Y PARAMETROS ........................................................................................................ 10

1. HOJA DE DATOS ........................................................................................................................ 10

2. EQUIPO Y MATERIALES: ......................................................................................................... 10

Herramientas usados en la prctica. ...................................................................................................... 10

Equipos usados para realizar la practica .................................................................................................. 10

VII. DESARROLLO DE LA PRCTICA ........................................................................................................ 12

1. EXPERIMETO CON ALCOHOL ................................................................................................ 12

2. EXPERIMENTO CON AGUA ..................................................................................................... 13

VIII. OBSERVACIONES: ............................................................................................................................ 14

IX. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS: ................................................................................................... 15

Graficas ................................................................................................................................................ 15

X. DISCUSION Y CONCLUSIONES: ............................................................................................................. 15

XI. SUGERENCIAS Y RECOMENDACIONES: ................................................................................................ 16


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I. OBJETIVOS:

Determinar la densidad del agua, alcohol. a temperatura ambiente. Comparar los resultados obtenidos, con los valores numricos encontrados en

tablas y Determinar el error porcentual

Comprender la importancia del nmero de Reynolds en el estudio del comportamiento de flujos.

Calcular mediciones del nmero de Reynolds para flujos en diferentes condiciones mediante datos conocidos.

I. MOTIVACION:

Por motivo de no poder observar directamente la densidad el tipo de flujo en una tubera cerrada, siendo de especial importancia para un ingeniero civil el comportamiento de ste, se hace uso del nmero de Reynolds como un punto de partida para determinar las caractersticas de un fluido que fluye a travs de una tubera, a partir de datos y la sustancia ya conocidos en el sistema.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Prueba N 1: Densidad

Para determinar la densidad de un lquido es necesario medir la masa de un

volumen Conocido.

Agua de grifo. Alcohol antisptico.

Es la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia,

la densidad nos da el grado de compactacin de un material.

La densidad se define como la masa de una sustancia contenida en una unidad

de volumen. La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cbico y se

denota por .


4

En cuerpos homogneos, la densidad es una propiedad que se refiere a todas

las partes del cuerpo. Si estos son heterogneos, la densidad vara de un punto a otro

1.1 Densidad ( )

Es la relacin entre la masa del fluido (M) y su volumen (W).

El procedimiento para determinar la densidad es el siguiente:

Tomar un recipiente de volumen conocido.

Pesar el recipiente.

Llenar el recipiente con el lquido cuya densidad se pretende determinar.

Pesar el recipiente lleno con lquido.

Por diferencia de pesos, determinar el peso del lquido.

La masa se obtiene de dividir el peso del lquido para la gravedad.

Finalmente, dividir la masa para el volumen y se obtiene la densidad.

1.2 Anlisis de dimensiones:

La densidad, al referir la masa a la unidad de volumen, se conoce tambin como

masa especifica.

Los smbolos "gr' y "kg" representan "gramos masa" y "kilogramos masa,

respectivamente.

Ilustracin 2 Densidad II Ilustracin 1 DENSIDAD I


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2. PESO ESPECFICO o DENSIDAD RELATIVA

El peso especfico (o densidad relativa) es una medida relativa de la densidad, como la

presin tiene un efecto insignificante sobre la densidad de los lquidos, la temperatura

es la nica variable que debe ser tenida en cuenta al sentar las bases para el peso

especfico. La densidad relativa de un lquido es la relacin de su densidad a cierta

temperatura, con respecto al agua a una temperatura normaliza.

Peso especfico (y)

Es la relacin entre el peso del fluido (G) y su volumen (W).

La relacin entre el peso especfico y la densidad es:

y =p.g

Anlisis de dimensiones:


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Volumen especfico (We)

Es el volumen (W) ocupado por la unidad de masa (M); o sea, es la inversa de la

densidad.

Anlisis de dimensiones:

El volumen especfico del agua destilada a 4C y a presin atmosfrica suele

convenirse en 10-3 m/Kg, y el del aire en 1.3-1 m / Kg.

3. Densidad relativa (DR)

Es la relacin entre el peso especfico del lquido (y) en anlisis y el peso especfico del

agua (Y agua); o, entre la densidad del lquido (P) y la densidad del agua (P agua) en

condiciones normales. Se entiende por agua en condiciones normales: a presin

atmosfrica, a 4C, destilada, y depurada de gases e impurezas. En la prctica suele

utilizarse agua dulce corriente. Para los gases habr que relacionar el peso especfico

o densidad del gas en anlisis con el peso especfico o densidad del aire seco.

La densidad relativa es adimensional.


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El procedimiento para determinar la densidad relativa es el siguiente.

Una vez determinado el peso especfico o la densidad del lquido, dividir para los valores estndar del peso especfico o la densidad del agua.

Valores de uso frecuente:

Prueba N 2: Numero de Reynolds

-Qu es el nmero de Reynolds?

Es un valor que nos ayuda a identificar la naturaleza de un flujo en una tubera, ya sea laminar, en transicin o turbulento.

-De cules variables depende?

Depende de la densidad, velocidad, dimetro o longitud y viscosidad dinmica, en trminos de sta; y de la velocidad, dimetro y viscosidad cinemtica, en trminos de sta.

-FENOMENO FISICO SIMPLIFICADO:

Numero de Reynolds

Reynolds (1874) estudi las caractersticas de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un lquido que flua por una tubera. A velocidades bajas del lquido, el trazador se mueve linealmente en la direccin axial. Sin embargo a mayores velocidades, las lneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa rpidamente despus de su inyeccin en el lquido. El flujo lineal se denomina Laminar y el flujo errtico obtenido a mayores velocidades del lquido se denomina Turbulento

Las caractersticas que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del lquido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo msico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la por la friccin o fuerzas viscosas dentro del lquido que fluye. Cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen cambios en las caractersticas del flujo. En base a los experimentos realizados por Reynolds en 1874 se concluy que las fuerzas del momento son funcin de la densidad, del dimetro de la tubera y de la velocidad


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media. Adems, la friccin o fuerza viscosa depende de la viscosidad del lquido. Segn dicho anlisis, el Nmero de Reynolds se defini como la relacin existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).

Este nmero es adimensional y puede utilizarse para definir las caractersticas del flujo dentro de una tubera.

El nmero de Reynolds proporciona una indicacin de la prdida de energa causada por efectos viscosos. Observando la ecuacin anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la prdida de energa, el nmero de Reynolds es pequeo y el flujo se encuentra en el rgimen laminar. Si el Nmero de Reynolds es 2100 o menor el flujo ser laminar. Un nmero de Reynolds mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la prdida de energa y el flujo es turbulento.

Flujo laminar.

A valores bajos de flujo msico, cuando el flujo del lquido dentro de la tubera es laminar, se utiliza la ecuacin demostrada en clase para calcular el perfil de velocidad (Ecuacin de velocidad en funcin del radio). Estos clculos revelan que el perfil de velocidad es parablico y que la velocidad media del fluido es aproximadamente 0,5 veces la velocidad mxima existente en el centro de la conduccin

Flujo turbulento.

Cuando el flujo msico en una tubera aumenta hasta valores del nmero de Reynolds superiores a 2100 el flujo dentro de la tubera se vuelve errtico y se produce la mezcla transversal del lquido. La intensidad de dicha mezcla aumenta conforme aumenta el nmero de Reynolds desde 4000 hasta 10 000. A valores superiores del Nmero de Reynolds la turbulencia est totalmente desarrollada, de tal manera que el perfil de velocidad es prcticamente plano, siendo la velocidad media del flujo aproximadamente 0.8 veces la velocidad mxima.


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III. HIPOTESIS:

Se pretende por medio de la realizacin de esta prctica obtener el nmero de

Reynolds, utilizando datos obtenidos experimentalmente y as comprobar cuando un

flujo es laminar y turbulento de una manera didctica.

IV. MODELO MATEMATICO:

Frmula para calcular la velocidad la cual necesitamos para calcular el nmero de Reynolds.

( )

( )

Donde A es el rea en metros cuadrados (m2), por donde pasa el fluido en la tubera, Q es el

flujo volumtrico en metros cbicos sobre segundo (m3/s) y D el dimetro interno de la tubera

en metros (m)

Frmula para calcular el nmero de Reynolds.

( )

Es la viscosidad cinemtica que en metros cuadrados sobre segundo (m2/s).

Sustituyendo la velocidad en la formula numero 3 obtenemos otra frmula para obtener el

numero de Reynolds.

( )

D (m)


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V. DISEO DE LA PRCTICA

VARIABLES Y PARAMETROS

Para poder obtener el nmero de Reynolds es necesario conocer la velocidad del fluido, esta

se calcula con el caudal o flujo volumtrico (Q) y el rea de seccin transversal a partir del

dimetro interno dada en las especificaciones de la tubera con la frmula para sacar el rea de

uncrculo.

Habiendo obtenido la velocidad, para poder obtener en nmero de Reynolds hara falta la

viscosidad cinemtica, esta se obtiene a partir de tablas donde se busca dependiendo a que

temperatura se encuentra el fluido.

1. HOJA DE DATOS

Obtencin del nmero de Reynolds.

16 de junio del 2015.

Volumen Agua: 112 ml

Dimetro de la pipeta: 0.035m

Tiempo: 20.40 s

Tubo PVC 0.035 m (dimetro interno).

2. EQUIPO Y MATERIALES:

Materiales (insumos usados en la prctica)

Probeta graduada de 20 mililitros.

Tubo capilar, dimetro 6 mm y 30 cm de largo.

Pipeta

Agua

Alcohol 96

Herramientas usados en la prctica.

Regla (30 cm)

Lapicero.

Calculadora.

Papel

Equipos usados para realizar la practica

Balanza mecnica de tres brazos, capacidad de 2 Kg

Botella de Marriot, capacidad 5 litros.


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Cronometro.

Ilustracin 1 Botella de Marriott

Ilustracin 2 Pipeta

Ilustracin 3 Blanza tres brazos Ilustracin 6 Cronometro

Ilustracin 3 regla


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VI. DESARROLLO DE LA PRCTICA

1- Llenamos con agua la botella de Mariotte, con 111.5 gr de agua y pesamos en

balanza mecnica de 3 brazos el resultado final en litros es 0.1115 litros.

2- Ponemos 2 tubos capilares de dimetro 4 mm y longitud de 30cm, en la base, y en

la parte superior de la botella Mariotte para que el agua pueda desplazarse a travs de

ella y en la parte superior ponemos para que el aire pueda ingresar y presionar el agua,

luego desplazarla.

3- Tenemos un recipiente para recibir el agua desplazado del frasco de Mariotte.

4- Despus de haber calculado la masa, calculamos el desplazamiento del agua que

se dio en un tiempo de 20.40 s.

5- Utilizamos pipeta y extraemos alcohol de la probeta, 20 ml para calcular la densidad

absoluta y relativa.

6- Calculamos con los datos obtenidos en la teora y hallamos el caudal, densidad,

nmero de Reynolds y comparamos los errores tanto en teora y prctica

1. EXPERIMETO CON ALCOHOL

Probeta sola=92.27 gr.

Trabajamos con 20 ml a 20C.

Probeta con alcohol=109.42 gr

v

m

3/5.857/8575.020

)27.9242.109(mkgmlgr

ml

gr

Con estos datos tambin podemos hallar la densidad relativa (s.g):

OH

sg

2

8575.0

/10

/5.85733

3

mkg

mkgsg

A temperatura ambiente (25C) la del alcohol etlico es igual a 787 3/mkg .


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2. EXPERIMENTO CON AGUA

Probeta sola=92.27 gr.

20.40 ml a 20C.

Probeta con agua= 111.51 gr.

3/962/962.020

)27.9251.111(mkgmlgr

ml

gr

El agua a 20C tiene una igual a 998 3/mkg . Entonces podemos hallar el % de Error,

con la siguiente frmula:

100 tericaCantidad

tericaCantidad - alexperiment Cantidad% Error

%6.3100998

998962%

Error

Para hallar el caudal calculamos en un tiempo de 20.44 s. y con un volumen igual a 112

ml.

smsmls

ml

t

vQ /1047945.5/47945.5

44.20

112 36

Con el dimetro de la pipeta igual a 3.5 mm (3.5*10-3m) podemos hallar el rea de esta

misma, y con el caudal ya encontrado calculamos la velocidad del fluido:

sm

m

sm

A

QV /695.5

)035.0(4

/1047945.5

2

36


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Teniendo el dimetro, la velocidad, la densidad y la viscosidad dinmica obtenida de la

tabla (propiedades del agua), encontramos el Numero de Reynolds para ver si el fluido es

Laminar o Turbulento.

VDNRe

908333.1879.1002.1

/962/5695.0035.0Re

3

3

sPa

mkgsmmN

VII. OBSERVACIONES:

No olvidar conectar bien las mangueras de la presin y a las dos tuberas PVC

(cada una en su debido orden), para evitar el derramamiento del fluido, y

adems verificar que las vlvulas del registrador estn cerradas, ya que en esta

prctica no es de inters conocer la diferencia de presiones.

Verificar que el rotor del sensor de flujo del impulsor funcione de la manera

adecuada al encender el equipo.

Tomar los datos lo ms exactos y precisos posibles, para una mejor

interpretacin de los mismos.

Anotar la temperatura inicial antes de tomar la primera medicin de Q.

EL FLUIDO ES

TURBULENTO


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VIII. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS:

Por medio de las mediciones obtenidas de Q se calculara el nmero de Reynolds con

datos obtenidos de la manera experimental, donde a partir de los cuales se realizara la

grafica (Q vs Re) correspondiente para comparar con los datos ya obtenidos

tericamente, respecto a un flujo laminar y turbulento.

Graficas

IX. DISCUSION Y CONCLUSIONES:

Concluyo que la densidad es una propiedad fsica que es caracterstica de las

sustancias puras y es considerada como una propiedad intensiva, ya que es

independiente al tamao de la muestra.

Concluyo que el objetivo principal de la prctica era conocer lo qu es la densidad, sus

unidades de medicin, y los distintos mtodos para determinarla.

Concluyo que aprendimos los distintos mtodos que hay para medir la densidad de un

lquido.

Es muy importante conocer el comportamiento de los fluidos, sus densidades y la forma

de calcularlas, en fin, todas sus caractersticas fsicas y qumicas.

Mediante el trabajo de laboratorio, se puede demostrar de forma prctica que todas las

leyes y propiedades de los fluidos y materiales, se pueden demostrar.

Pudimos conocer los instrumentos utilizados en un laboratorio, la forma de manipularlos

y utilizarlos adecuadamente.

Concluyo por lo tanto el objetivo se cumpli.

y = 2E-08x + 7E-19 R = 1

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.00E+005.00E+031.00E+041.50E+042.00E+042.50E+04

Q (

ca

ud

al)

Re

tubo 0.035 m

Series1


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Por medio de las graficas podemos que hay una completa correlacin entre el

caudal y el numero de Reynolds, entre mayor sea el flujo volumtrico el numero

de Reynolds ser mayor, por lo tanto es mas turbulento.

X. SUGERENCIAS Y RECOMENDACIONES:

Tener un mayor orden en el manejo del equipo y en la toma de las mediciones.

informe practica de laboratorio de mecanica de fluidos

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