Practica de Fenomenos Reynolds

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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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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