Practica Reynolds

Universidad de GuadalajaraCentro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenieras

Licenciatura en Ingeniera QumicaPrcticas de Operaciones Unitarias 1 (IQ211)

Prctica N 1 Nmero de Reynolds

Morales Lpez Israel

Profesor: Vctor Gutirrez Rocha

INDICE

INTRODUCCION3OBJETIVOS3TEORIA4EXPERIMENTO DE REYNOLDS5ECUACION DE HAGEN-POISEVILLE5DESCRIPCIN DEL EQUIPO9PROCEDIMIENTO9TABLAS DE CONCENTRACION DE DATOS Y RESULTADOS10CALCULOS12ANLISIS Y DISCUCIN DE RESULTADOS16CONCLUSIONES16BIBLIOGRAFA16APENDICE17

INTRODUCCION

La forma ms comn de transporte de fluidos es a travs de un sistema compuesto de tuberas. La tubera de seccin circular es frecuentemente la ms utilizada pero uno de los inconvenientes que se puede observar es que la presin disminuye entre la entrada de la toma y el extremo o salida del fluido esto es debido a las perdidas por friccin provocando que se aumente la potencia que una bomba debe transmitir al fluido traducindose en un gasto de energa y esto a su vez provocando un mayor costo de operacin.

Para analizar la perdida de energa es necesario utilizar una serie de ecuaciones en la que esta inmiscuido el nmero de Reynolds, que caracteriza la naturaleza del flujo (laminar o turbulento) el conocer el tipo de flujo nos permite saber las ecuaciones a utilizar para los clculos correspondientes debido a que relaciona las variables importantes en los flujos y as ser ms precisos en la eleccin de bombas, accesorios y longitud del sistema que implementemos.

El presente reporte tiene como finalidad demostrar y comprobar el tipo de rgimen en tuberas por medio de la prctica, mediante un proceso de recoleccin de datos en laboratorio que posteriormente analizando y utilizando los fundamentos tericos y las ecuaciones correspondientes.

En este reporte se expondrn todos los argumentos tericos que sern de utilidad para el desarrollo de la practica; que consistente en procesar la informacin y datos obtenidos en el laboratorio con la finalidad de demostrar la teora planteada mostrando los resultados ms relevantes que se obtuvieron puntualizando las respectivas conclusiones y recomendaciones a partir de la discusin y anlisis de los mismos.

OBJETIVOS

Determinar experimental y tericamente el nmero de Reynolds para diferentes velocidades de flujo en tubos con distintos dimetros.

Establecer las diferentes cargas de friccin entre flujo laminar y flujo turbulento y representar grficamente las desviaciones entre los resultados experimentales y tericos.

Calcular la velocidad mxima en cada rgimen y graficar la relacin de velocidad media/ velocidad mxima contra Reynolds y Reynolds mximo.

Calcular y graficar el perfil de velocidades para un punto en rgimen laminar y para un punto en rgimen turbulento contra la relacin del radio de la tubera.

TEORIA

Se entiende como rgimen de flujo, la forma como se comporta el movimiento de un fluido a lo largo de un conducto. Osborne Reynolds realiz en 1883 muchos experimentos con el fin de determinar las leyes de resistencia en tuberas. Introduciendo un filete coloreado dentro del flujo de agua en un tubo de vidrio descubri que para velocidades bajas en el tubo de vidrio, un filamento de tinta proveniente de un tanque, no se difunde, sino que se mantiene sin variar a lo largo del tubo, formando una lnea recta paralela a las paredes. Al aumentar la velocidad el filamento ondula y se rompe hasta que se confunde o mezcla con el agua del tubo.

Reynolds dedujo que para velocidades bajas las partculas de fluidos se movan en capas paralelas, deslizndose a lo largo de lminas adyacentes sin mezclarse. Este rgimen lo denomin flujo laminar. Y el rgimen cuando hay mezcla lo nombr flujo turbulento.

O

Dnde: : densidad del fluido [=] kg/m3V: velocidad media [=] m/sD: dimetro interno del tubo [=] m: viscosidad absoluta o dinmica del fluido [=] kg/m.s : viscosidad cinemtica del fluido [=] m2/s

Reynolds mostr que ciertos valores crticos definan las velocidades crticas superior e inferior para todos los fluidos que fluyen en todos los tamaos de tubos y dedujo as el hecho de que los lmites de flujo laminar y flujo turbulento se definan por nmeros simples.

Segn el nmero de Reynolds, los flujos se definen:

Re < 2300 Flujo LaminarRe 2300 - 4000 Flujo de transicinRe > 4000 Flujo turbulento

EXPERIMENTO DE REYNOLDS

Para encontrar el significado fsico Reynolds llevo a cabo sus famosos experimentos a travs de tubos de vidrio. Coloco un tubo de vidrio horizontalmente con una vlvula en uno de sus extremos y un tanque de alimentacin en otro. La entrada al tubo tena una forma de campana y su superficie era bastante lisa. Reynolds dispuso, adems, de un sistema para inyectar tinta en forma de corriente sumamente fina en cualquier punto de la entrada al tubo.Para gastos pequeos, la corriente de tinta se presentaba como un delgado filamento a lo largo del tubo, indicando que se trataba de un rgimen laminar. Al incrementar el gasto se alcanzaba la condicin en que el filamento de tinta presentaba caractersticas oscilantes hasta que sbitamente se rompa, difundindose la tinta a todo lo ancho del tubo.

Estos ndices, conocidos como nmeros crticos de Reynolds no tienen significado prctico alguno, ya que en tuberas ordinarias existen irregularidades que ocasionan el paso al rgimen turbulento para valores menores al del nmero de Reynolds.

Al proceder de manera inversa en el tubo de vidrio, Reynolds encontr que el flujo turbulento siempre pasaba a ser laminar, cuando al disminuir la velocidad se haca que Re valiera menos de 2000. Este ndice es el nmero crtico inferior de Reynolds para el flujo de tubos y s tiene importancia prctica. Para tuberas convencionales, el flujo cambiar de laminar a turbulento cuando el nmero de Reynolds se encuentre en el rango de 2000 a 4000.Una caracterstica distintiva entre el flujo laminar y el turbulento es que las prdidas en el laminar son proporcionales a la velocidad promedio, mientras en el turbulento son proporcionales a una potencia de la velocidad

ECUACION DE HAGEN-POISEVILLE

Las fuerzas de arrastre o dragado son llamadas fuerzas viscosas. Como resultado de las fuerzas viscosas, la velocidad del fluido no es constante a travs del dimetro del tubo y se aproxima a cero en las paredes y es mayor cerca del centro del tubo.

DESCRIPCIN DEL EQUIPO

Tanque de alimentacin

Colorante indicador

Vlvula de afore

TI

PI

Tubo de vidrio (3 diametros)

PROCEDIMIENTO

1. Llenar el tanque de alimentacin manteniendo el nivel del agua.2. Medir el dimetro interno del tubo de vidrio.3. Abrir la vlvula que permite el paso de colorante a travs del tubo de observacin.4. Abrir la vlvula de entrada y salida y establecer un caudal lo ms bajo posible, forzando as al rgimen laminar.5. Aforar el caudal.6. Medir la temperatura7. En un recipiente recolectar el fluido.8. Pesar cada treinta segundos el lquido recolectado y realizar las anotaciones.9. Incrementar lentamente el caudal, y una vez estabilizado el flujo aforar el nuevo caudal10. Incrementar nuevamente el caudal y aforarlo repetir para varios caudales (10 veces).11. Repetir los pasos del dos al diez para los otros dos tubos de observacin.TABLAS DE CONCENTRACION DE DATOS Y RESULTADOS

tubo 1

Masa[=]grTiempo[=]sh CCL4hH2OhteoricoQ[=]cm/sV[=]cm/sf

89.00030.0000.3000.1790.1472.9674.7690.151

247.50030.0000.7000.4170.4108.25013.2620.054

299.50030.0000.9000.5360.4969.98316.0480.045

383.80030.0001.3000.7740.63612.79320.5650.035

461.80030.0001.7001.0120.76515.39324.7440.029

548.00030.0002.2001.3090.90818.26729.3630.024

580.10030.0002.7001.6070.96119.33731.0830.023

638.70030.0003.4002.0231.05821.29034.2230.021

758.50030.0004.4002.6181.25725.28340.6420.018

857.20030.0005.0002.9751.42028.57345.9300.016

MANOMETRO

Re Re maxVmaxV/Vmaxhteorico/hIZQUIERDADERECHA

424.423621.5096.9830.6830.8269.70010.000

1180.2761508.93916.9540.7820.9849.50010.200

1428.2541789.79720.1100.7980.9279.40010.300

1830.2632239.53825.1630.8170.8229.20010.500

2202.2292651.17029.7880.8310.7569.00010.700

2613.2993102.34834.8580.8420.6948.80011.000

2766.3773269.54636.7360.8460.5988.50011.200

3045.8293573.80040.1550.8520.5238.10011.500

3617.1304192.49147.1070.8630.4807.60012.000

4087.8104823.82254.2000.8470.4777.30012.300

tubo2


80.30030.0000.2000.1190.0992.6774.3030.167

180.40030.0000.6000.3570.2246.0139.6660.074

410.80030.0000.9000.5360.50913.69322.0110.033

535.70030.0001.1000.6550.66417.85728.7040.025

648.90030.0001.5000.8930.80421.63034.7690.021

882.80030.0002.3001.3692.82329.42747.3020.039

1012.50030.0003.0001.7853.58833.75054.2520.038

1086.20030.0003.6002.1424.05736.20758.2010.037

1318.90030.0004.5002.6785.69843.96370.6690.035

1397.10030.0005.2003.0946.30346.57074.8590.035

MANOMETRO


382.934570.1406.4060.6720.83610.50010.700

860.2901140.88612.8190.7540.62610.30010.900

1959.0212382.44626.7690.8220.95010.10011.000

2554.6433038.17334.1370.8411.01410.00011.100

3094.4703626.64140.7490.8530.9019.80011.300

4209.8915409.75060.7840.7782.0639.40011.700

4828.4046181.16569.4510.7812.0109.00012.000

5179.8646618.40274.3640.7831.8948.80012.400

6289.5627994.41189.8250.7872.1288.40012.900

6662.4828455.45895.0050.7882.0378.00013.200

tubo 3


458.60030.0000.1000.0600.45215.28724.5730.029

1153.80030.0000.1000.0601.13838.46061.8230.012

1278.10030.0000.9000.5351.26042.60368.4830.011

1417.80030.0001.1000.6551.39847.26075.9680.009

2583.50030.0001.5000.8932.54886.117138.4290.005

2098.20030.0001.9001.1312.06969.940112.4260.006

2131.50030.0002.5001.4882.10271.050114.2100.006

2537.50030.0002.9001.7262.50384.583135.9640.005

2761.30030.0003.4002.0232.72392.043147.9560.005

2839.90030.0003.9002.3212.80194.663152.1670.005

MANOMETRO


2186.9692634.35229.5990.8307.60110.70010.800

5502.2346356.13871.4170.86619.12410.70010.800

6094.9956993.71978.5810.8712.35410.30011.200

6761.1967707.76386.6040.8772.13610.20011.300

12320.17913597.935152.7860.9062.85510.00011.500

10005.88311157.392125.3640.8971.8309.80011.700

10164.68411325.294127.2500.8981.4139.50012.000

12100.81413367.144150.1930.9051.4509.30012.200

13168.07114489.063162.7980.9091.3469.00012.400

13542.89814882.560167.2200.9101.2078.80012.700

CALCULOS

CORRIDA 1 tubo (1)

ccl4 H201.595gr/cm 1gr/cm=1cp=0.01gr/s cmLongitud = 75cmDimetro =0.89cmArea =0.6221cmGravedad=980cm/s2

ANLISIS Y DISCUCIN DE RESULTADOS

Mediante de las grficos nos permite observar la relacin de los datos obtenidos con respecto de los tericos. Comparando las cadas de presin tericas con las reales y relacionndolas con la velocidad, el flujo y el nmero de Reynolds, se puede observar una desviacin considerable de los valores tericos con respecto de los reales.

Del grfico f vs Re se puede observar que el nmero de Reynolds es un factor importante con respecto de los factores de friccin, podemos observar que el valor de f disminuye conforme el nmero de Reynolds aumenta.

El objetivo de visualizar el fenmeno se observ en el tubo 3 cuando al hacer un flujo tapn se pudo constatar el flujo laminar y conforme aumentaba la velocidad del fluido se volva turbulento.

CONCLUSION

Como era de esperarse, los clculos hechos con datos experimentales y tericos son semejantes, si existen diferencias, son debidos a la eficiencia en el equipo, sin embargo, es posible concluir que las ecuaciones para calcular el nmero de Reynolds son prcticamente indispensables en el ejercicio de la Ingeniera Qumica.

BIBLIOGRAFA

Fundamentos de Mecnica de Fluidos (2 Edicin). P. Gerhart, R. Gross y J... Mecnica de Fluidos. Frank M. White. McGraw Hill 1979. Mecnica de los Fluidos (8 Edicin). Victor L. Streeter y E. Benjamin Wylie. McGraw Hill 1986. Mecnica de fluidos. A. Crespo. Publicaciones E.T.S.I.I. Madrid. 1989 La mecnica de los fluidos. I.H. Shames. Editorial Castillo. 1979.

APENDICE

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