NUMERO DE REYNOLDS

Practica #5UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

Facultad de Ingeniería

Aguilar D. 1, García C. 1, Martínez J. 1, Martínez P. 1, Zabala L.1, Roca J. 2

1 Estudiantes de V semestre de Ingeniería Civil.2 Docente de laboratorio de mecánica de fluidos.

RESUMEN: Esta práctica de laboratorio busca determinar experimentalmente los distintos tipos de flujos (turbulento, laminar, en transición), esto mediante el número de Reynolds, que nos indica el régimen con que fluye un fluido, lo que es fundamental para el estudio del mismo. Para esto se utilizó un tubo de diámetro conocido que sirviera como canal para hacer pasar el agua y el tinte con determinada velocidad y así poder determinar el tipo de

flujo que se presentara, mediante la formula ℜ=D∗v∗ρµ

, donde D es el diámetro del

tubo, v la velocidad del líquido,ρ la densidad del líquido, µ la viscosidad dinámica del líquido.

PALABRAS CLAVES: flujo, laminar, turbulento, transición.

ABSTRACT: This lab seeks to determine experimentally the different types of flow (turbulent, laminar, transition), this by the Reynolds number, which indicates the rate at which fluid flows, which is essential for the study of it. For this a known diameter tube to serve as a channel for passing the water and dye with certain speed and thus determine the type of flow to be presented by the formula Re = (D * v * ρ) / μ was used where D is the pipe diameter, the velocity v of the liquid, the liquid density ρ, μ the dynamic viscosity of the liquid.

KEYWORDS: flow, laminate, turbulent, transition.

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1. INTRODUCCION

Cuando un lıquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en líneas paralelas a lo largo del eje del tubo; a este régimen se le conoce como “flujo laminar”, que es menor que 2000. Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada “velocidad crıtica”, el

flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este régimen se le conoce como “flujo turbulento”, que es mayor de 4000. El paso de régimen laminar a turbulento no es inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio indefinido

que se conoce como “flujo de transición”, que está entre 2000 y 4000. [1]

2. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente el número de Reynolds para un fluido en un tubo corto a descarga libre.

Observar el perfil parabólico y la turbulencia para regímenes de flujos determinados.

3. MARCO TEORICO

Flujo laminar:

Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. [2]

Flujo turbulento:

Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos periódicos, (no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la

trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica. [3]

Numero de Reynolds:

El número de Reynolds mide la importancia relativa de cada una de las variables que intervienen en un fenómeno en que la fuerza predominante es la viscosidad, es decir la ρ , γ y L. Cuanto mayor es el número de Reynolds menos importancia tiene la fuerza de viscosidad en el fenómeno, y viceversa no es la viscosidad dinámica η el parámetro decisivo, sino

Re=ρLvη

… (1)

Jugando en el fenómeno de resistencia un panel decisivo el que la corriente sea laminar o turbulenta, también jugara un papel decisivo en ello el número de Reynolds. Con números de Reynolds pequeños la corriente es laminar, con números de Reynolds grandes la corriente es turbulenta. [4]

El tránsito de régimen laminar a turbulento, fenómeno que depende de la viscosidad y que influye grandemente en la resistencia de la placa, se verifica también para un numero de Reynolds determinado. En este caso el número de Reynolds se definirá así:

Re=v ∞ x

v… (2)

Donde, x – Distancia desde el borde de ataque de la placa

v- Velocidad de la corriente imperturbada, o velocidad en el infinito.

También será función del número de Reynolds el espesor δ de la capa limite, es decir, espresando este espesor en forma dimensional, δ / x, se tendrá:

δx=f ( Re ) …(3)

Numero crítico de Reynolds:

Consiste en un tubo de cristal con su boca abocinada termina en una válvula. En el tubo entra agua desde un recipiente en reposo a una velocidad controlada por dicha válvula. El pequeño depósito contiene un colorante fuerte, por ejemplo anilina, que se inyecta en la entrada del tubo del vidrio por un tubito determinado en una boquilla. El número de Reynolds en la corriente del tubo de vidrio

Re=uDv

… (4)

Donde, D- diámetro de la tubería, que en este caso permanece constante.

v- viscosidad cinemática del agua, también constante, aumenta de una manera continua al abrir la válvula; en efecto, al abrir entonces aumenta el caudal y con el aumenta v, y por tanto el número de Reynolds. [4]

4. MATERIALES UTILIZADOS

Los materiales utilizados durante el desarrollo de la practica fueron: un aparato de Reynolds, una probeta, un cronometro, un termómetro, tres cubetas de agua, tinte, agua del grifo y mangueras.

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Lo primero que se realizó fue verter en el recipiente superior una cantidad apropiada de tinte; luego se procedió a abrir el grifo y de esta manera llenar el aparato de Reynolds (ver Imagen1) hasta una altura considerable, luego se abrió la llave que contenía el volumen de agua retenido en el aparato de Reynolds y así el agua iba descendiendo por el tubo inferior de menor diámetro para después salir por una manguera; al momento de ir descendiendo el agua se introducía la manguera en una de las cubetas, y luego se iba agregando el tinte gradualmente hasta notar que clase de flujo se formaba; teniendo identificado el tipo de flujo tomábamos la probeta, la cual llenábamos a un volumen constante de 500 cm3 y con el cronómetro tomábamos el tiempo que tardaba en descender los 500 cm3 de agua; este proceso fue realizado seis veces para cada flujo correspondiente.

6. RESULTADOS EXPERIMENTALES

Una vez realizado el procedimiento el procedimiento experimental se obtuvieron los datos consignados en la tabla 1. Para cada flujo observado. Para luego, obtener el caudal y la velocidad con lo que pudimos calcular el numero de reynold para flujo laminar, turbulento y en transición de las tablas 2, 3 y 4 respectivamente (anexos).

Observaciones

Tiempo(seg)

Volúmen(cm3)

Laminar33.19 53.81 43.03 50037.99 35.80 53.31 500

Transición17.20 17.53 18.76 500

19.20 17.64 19.50 500Turbulento

5.15 5.11 4.91 5005.02 5.06 5.09 500

Tabla 1. Datos obtenidos en el laboratorio.

7. CONCLUSIONES

Una vez analizados los resultados, se observó que al aumentar la velocidad de flujo se pasa de un régimen laminar a uno turbulento, y como consecuencia aumentaba el número de Reynolds y se observó la formación de vórtices. Así, como también se observó una relación entre el caudal y el número de Reynolds, entre mayor era el flujo volumétrico el número de Reynolds seria mayor, por lo tanto seria más turbulento.

Se esperaba que cuando el número de Reynolds sea menor o igual a 2000 la corriente era necesariamente laminar lo cual se cumplió al observarse los resultados obtenidos en la tabla 2. Así

como cuando era menor a 4000 y mayor a 2000 el flujo seria de transición y seria turbulento si el número de Reynolds era mayor que 4000 lo cual se cumplió al observarse los resultados de las tablas 3 y 4 respectivamente. Por tanto, se pudo comprobar satisfactoriamente los valores obtenidos en el experimento verificándose que los números de Reynolds establecidos, correspondían a la forma del flujo que se presentaba en la experiencia.

9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1]fjartnmusic.com/Personal/6o_Semestre_files/Re.pdf

Consulta [23/04/2015]

[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_laminar

Consulta [22/04/15]

[3]http://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_turbulento

Consulta [22/04/15]

[4] Guía de laboratorio mecánica de fluidos

Consulta [22/04/15]

8. ANEXOS

FLUJO LAMINARTiempo (seg)

volumen (cm^3)

Caudal(cm^3/s)

Área (cm2)

velocidad (cm/s)

viscosidad (cm^2/s) REYNOLD

33,19 500 15,06 1,327 11,35 0,00804 1835,6053,81 500 9,29 1,327 7,01 0,00804 1132,2043,03 500 11,61 1,327 8,75 0,00804 1415,8437,99 500 13,16 1,327 9,91 0,00804 1603,6735,8 500 13,96 1,327 10,52 0,00804 1701,77

53,31 500 9,37 1,327 7,06 0,00804 1142,81

Tabla 2. Calculo del número de Reynolds para flujo laminar.

FLUJO EN TRANSICIONTiempo

(seg)volumen (cm^3)

Caudal (cm^3/s)

Área (cm2)

velocidad (cm/s)

viscosidad (cm^2/s) REYNOLD

17,2 500 29,06 1,327 21,90 0,00804 3542,0717,53 500 28,52 1,327 21,49 0,00804 3475,3918,76 500 26,65 1,327 20,08 0,00804 3247,5319,2 500 26,04 1,327 19,62 0,00804 3173,11

17,64 500 28,34 1,327 21,35 0,00804 3453,7219,5 500 25,64 1,327 19,32 0,00804 3124,29Tabla 3. Calculo del número de Reynolds para flujo transicional.

FLUJO TURBULENTOTiempo

(seg)volumen (cm^3)

Caudal (cm^3/s)

Área (cm2)

velocidad (cm/s)

viscosidad (cm^2/s) REYNOLD

5,15 500 97,08 1,327 73,16 0,00804 11829,845,11 500 97,84 1,327 73,73 0,00804 11922,444,91 500 101,83 1,327 76,73 0,00804 12408,085,02 500 99,60 1,327 75,05 0,00804 12136,195,06 500 98,81 1,327 74,46 0,00804 12040,265,09 500 98,23 1,327 74,02 0,00804 11969,29Tabla 4. Calculo del número de Reynolds para flujo turbulento.