“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN”

HUANCAVELICA, 03 AGOSTO DE 2015

INFORME Nº 01-2015-EAP/CIVIL/UNH

AL : Ing. GOMEZ TUNQUE Kennedy Richard

DE :

ENRIQUEZ AYUQUE, Kewin Anderson.

HUAMAN HUAYRA ,Samuel.

HERRERA QUISPE, Carlos Alberto.

ASUNTO : INFORME DEL EL EXPERIMENTO DE LA CUBA DE

REYNOLDS

Tenemos el honor de dirigirnos a Ud. Para informarle sobre el trabajo

realizado: SOBRE EL EXPERIMENTO DE LO QUE ES LA CUBA DE

REYNOLDS.

CUBA DE REYNOLDS

RESUMEN:

El estudio para determinar el flujo que tiene un fluido en una tubería está dado por “NUMERO DE

REYNOLDS”.

Según la viscosidad del fluido, un flujo se puede clasificar en laminar o turbulento.

En el flujo turbulento las partículas se mueven sin seguir un orden establecido, en trayectorias

completamente erráticas, se caracteriza porque el fluido continuamente se mezcla, de forma caótica,

como consecuencia de la ruptura de un flujo ordenado de vórtices, que afectan zonas en dirección del

movimiento. El flujo del agua en los ríos o el movimiento del aire cerca de la superficie de la tierra son

ejemplos típicos de flujos turbulentos.

En el flujo laminar las partículas se desplazan siguiendo trayectorias paralelas, formando así en conjunto

capas o láminas de ahí su nombre, el fluido se mueve sin que haya mezcla significativa de partículas de

fluido vecinas.

La distinción entre los dos tipos de flujos fue inicialmente demostrada por Reynold; estudió las

condiciones por las que se produce el cambio de un tipo de movimiento a otro y encontró que la velocidad

crítica, para la que el flujo pasa de laminar a turbulento, depende de cuatro variables: el diámetro del tubo,

así como la viscosidad, la densidad, y la velocidad lineal media del líquido, el valor numérico de una

combinación adimensional de estas cuatro variables, conocido como el número de Reynolds, puede

considerarse como la relación de las fuerzas dinámicas de la masa del fluido respecto a los esfuerzos de

deformación ocasionados por la viscosidad.

Para estudios técnicos, el régimen de flujo en tuberías se considera, como laminar si el número de

Reynolds es menor que 2 000 y turbulento si el número de Reynolds es superior a 4 000. Entre estos dos

valores está la zona denominada “crítica” donde el régimen de flujo es impredecible, pudiendo ser

laminar, turbulento o de transición, dependiendo de muchas condiciones con posibilidad de variación.

PALABRAS CLAVE:

Flujo laminar, flujo turbulento, adimensional

NOMENCLATURA:

Re: número de Reynolds.

D: diámetro.

V: velocidad del líquido.

u: viscosidad cinemática del líquido.

INTRODUCCIÓN:

En el presente trabajo se realizó una recopilación y búsqueda de información del tema “CUBA

DE REYNOLDS” tema del cual trata, el estudio del flujo de un fluido en las tuberías; el flujo de un

fluido real es más complejo que el de un fluido ideal. Debido a la viscosidad de los fluidos reales,

ya que en su movimiento aparecen fuerzas cortantes entre las partículas fluidas y las paredes

del contorno y entre las diferentes capas de fluido, como consecuencia, los problemas de flujos

reales se resuelven aprovechando datos experimentales.

La solución de cualquier problema de flujo de fluidos requiere un conocimiento previo de las

propiedades físicas del fluido en cuestión. Valores exactos de las propiedades de los fluidos que

afectan a su flujo, principalmente el diámetro de la tubería, de la densidad y la viscosidad del

fluido y de la velocidad del flujo factores que nos ayudaran a determinar el NUMERO DE

REYNOLDS, debido a la gran variedad de fluidos que se utilizan en los procesos industriales

modernos, una ecuación que pueda ser usada para cualquier fluido ofrece ventajas obvias es la

fórmula de Darcy, que puede ser deducida por análisis dimensional; sin embargo, una de las

variables en la fórmula, el coeficiente de fricción, debe ser determinado experimentalmente. Esta

fórmula tiene una extensa aplicación en el campo de la mecánica de fluidos y se utiliza mucho en

este estudio.

Esperando que el siguiente trabajo contribuya con un aporte al estudio de la mecánica de fluidos.

MARCO TEORICO:

Los diferentes regímenes del flujo y la asignación de valores numéricos de cada uno fueron

reportados por primera vez por Osborne Reynolds en 1883.

Reynolds observo que el tipo de flujo adquirido por un líquido que fluye dentro de una tubería

depende de la velocidad del líquido, el diámetro de la tubería y de algunas propiedades físicas

del líquido.

Así el número de Reynolds es adimensional que relaciona las propiedades físicas del fluido, su

velocidad y su geometría del ducto por el que fluye y está dado por:

ℜ=DVu

Generalmente cuando el número de Reynolds se encuentra por debajo de 2100 se sabe que el

flujo es laminar, el intervalo entre 2100y 4000 se considera como flujo de transición y para

valores mayores de 4000 se considera un flujo turbulento. Este grupo adimensional es uno de los

parámetros más utilizados en los diversos campos de la ingeniería en los que se presentan

fluidos en movimiento.

Según el número de Reynolds, los flujos se definen:

Re < 2000 → Flujo Laminar

Re 2000 – 4000 → Flujo de transición

Re > 4000 → Flujo turbulento

FLUJO LAMINAR:

En el flujo laminar las partículas fluidas se mueven según trayectorias paralelas, formando el

conjunto de ellas capas o laminas. Los módulos de las velocidades de capas adyacentes no

tienen el mismo valor. El flujo laminar está gobernado por la ley que relaciona la tención cortante

con la velocidad de deformación angular, es decir, la tención cortante es igual al producto de la

viscosidad del fluido por el gradiente de las velocidades o bien τ=μdv /dγ . La viscosidad del

fluido es la magnitud física predominante y su acción amortigua cualquier tendencia a la

turbulencia.

Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido. 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.

FLUJO DE TRANSICION:

El flujo turbulento no es muy eficiente en el uso de la energía... gran parte se va en choques,

reflujos, remolinos, aceleraciones y frenadas. La física de los fluidos turbulentos es bastante

complicada. El flujo laminar se transforma en turbulento en un proceso conocido como transición;

a medida que asciende el flujo laminar se convierte en inestable por mecanismos que no se

comprenden totalmente. Estas inestabilidades crecen y el flujo se hace turbulento y el número de

reynolds comprende entre 2000<Re<4000.

FLUJO TURBULENTO:

En el flujo turbulento las partículas fluidas se mueven de forma desordenada en todas las direcciones. Es posible conocer la trayectoria de una partícula individualmente.

CARACTERÍSTICAS FISICAS DE LOS FLUJOS TURBULENTOS

Las manifestaciones típicas de la turbulencia se pueden resumir en tres efectos principales:

Inestacionaridad de pequeña escala

Un permanente y continuo proceso de mezcla

Un dominante efecto de la inercia del liquido

DIFERENCIAS ENTRE UN FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO

FLUJO LAMINAR:

El movimiento es ordenado y en conjunto es realmente estacionario.

Las fuerzas viscosas de origen molecular son realmente dominantes.

Las fuerzas de inercia son irrelevantes.

Tienen una distribución de velocidades típicamente parabólica.

FLUJO TURBULENTO:

Es estacionario en conjunto en valores medios, pero contiene Inestacionaridad de

pequeña escala.

Las fuerzas viscosas son relativamente importantes.

Las fuerzas de inercia son dominantes.

Tienen una distribución de velocidades más aplanadas en el núcleo central.

MATERIALES:

CUBA DE REYNNOLDS COMPUESTO POR UN TUBO DE VIDIRO Y UN INYECTOR DE COLORANTE:

LIQUIDO COLOR AZUL: Servirá para poder experimentar con los diferentes tipos de flujos.

TERMOMETRO: Nos sirve poder hallar el grado de temperatura del agua

RECIPIENTE (VALDE): Nos servirá para poder calcular el volumen del líquido que sale.

CRONOMETRO: Servirá para controlar el tiempo en que el balde se llene de agua.

FLEXOMETRO: Para poder medir la altura y el diámetro del recipiente

DESARROLLO EXPERIMENTAL:

Para flujo laminar se comienza el experimento abriendo un poco la válvula para dejar

pasar el agua a una baja velocidad con el objetivo de que sea laminar. Establecido el

régimen de flujo, mida la temperatura del fluido, y un número adecuado de datos de

caudal.

Se inyecta el azul de metileno para poder observar el movimiento del fluido a través de la

tubería. Entonces se observa que cuando la gradiente de la velocidad es baja, la fuerza

de inercia es mayor que la de fricción. Las partículas se desplazan pero no rotan, o lo

hacen pero con muy poca energía.

Entonces el resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectorias

definidas y todas las partículas que pasan por un punto en el campo del flujo siguen la

misma trayectoria.

Se denomina laminar queriendo significar con ello que las partículas se desplazan en

forma de capas o láminas.

Para flujo turbulento se abre la válvula dejando salir el agua a una velocidad alta para

conseguir que el flujo sea turbulento. También como en el primero después de

establecer el régimen de flujo, se mide la temperatura del fluido, al igual que un número

adecuado de datos de caudal.

Se inyecta el azul de metileno, tratando de hacerlo siempre con la misma presión.

Se nota entonces que al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción

entre partículas vecinas al fluido. Las partículas adquieren una energía de rotación

apreciable al igual la viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotación las partículas

cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras, las partículas chocan entre

sí y cambian de rumbo en forma errática.

Entonces este tipo de flujo se denomina turbulento y se caracteriza por:

Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias definidas.

La acción de la viscosidad es despreciable.

Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable, y se mueven en

forma errática chocando unas con otras.

Al entrar las partículas de fluido a capas de diferente velocidad, su momento lineal

aumenta o disminuye y el de las partículas vecinas lo hacen en forma contraria.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN:

DETERMINACIÓN DEL NUMERO DE REYNOLDS:

Viscosidad cinemática a 17°c es: 1.098*10−6

DATOS:DEL RECIPIENTE PARA CALCULO0.184 m

DATOSTIEMPO (s) CAUDAL(m3/s)

0.185 m0.00491923144 m3 1 0.004919 747 6.58531652E-06 0.0052404

0.04 m 2 0.004919 67 7.342136479E-05 0.0584269

VOLUMEN DEL FLUIDO (m3)

Velocidad(m/s)

Para flujo laminar usaremos los siguientes datos:

V = Velocidad media = 0.0052404

D = diámetro de la tubería =0.04

Coeficiente de viscosidad =1.098*10−6 = ע

Reemplazamos los datos en la fórmula de Reynolds para comprobar que es un flujo

Laminar; lo cual se determinara con el número de Reynolds

El número de Reynolds es: 190.908

Para flujo de transición usaremos los siguientes datos:

V = Velocidad media = 0.0584269

D = diámetro de la tubería =0.04

Coeficiente de viscosidad =1.098*10−6 = ע

Reemplazamos los datos en la fórmula de Reynolds para comprobar que es un flujo

Laminar; lo cual se determinara con el número de Reynolds

El número de Reynolds es: 2128.483

Para flujo turbulento usaremos los siguientes datos:

V = Velocidad media = 0.1151353

D = diámetro de la tubería =0.04

Coeficiente de viscosidad =1.098*10−6 = ע

Reemplazamos los datos en la fórmula de Reynolds para comprobar que es un flujo

Turbulento; lo cual se determinara con el número de Reynolds

En tuberías:

Re = VD/ע

Dónde: V = Velocidad media

D = diámetro de la tubería

Coeficiente de viscosidad = ע

Cinemática.

Si: Re < 2100 F. Laminar.

Re = VD/ע

Re = VD/ע

El número de Reynolds es: 4194.364

DISCUSIONES:

Es necesario realizar el experimento para comprobar empíricamente el número de Reynolds

y así determinar el flujo de un fluido.

Para el flujo laminar obtuvimos el siguiente número de Reynolds es de 190.908 Con lo cual

comprobamos la teoría dada, que el número de Reynolds debe ser menor o igual a 2000.

Para el flujo de transición obtuvimos el siguiente número de Reynolds 2128.483 Con lo cual

comprobamos la teoría dada, que el número de Reynolds se encuentra entre 2000 y 4000.

Para el flujo turbulento obtuvimos el siguiente número de Reynolds 4194.364 con lo cual

comprobamos la teoría dada, que el número de Reynolds es mayor que 4000.

CONCLUSIONES:

Mediante la visualización del fluido en el equipo: cuando la velocidad del agua

sea muy baja el hilo del colorante será perfectamente nítido hecho indicativo de

que estamos en un régimen de flujo laminar. Si la velocidad del agua aumenta el

hilo se trastorna tendremos el régimen del flujo de transición, finalmente cuando

aumentamos la velocidad del agua el hilo del colorante se rompe completamente

alcanzando entonces el régimen de flujo turbulento.

Re = VD/ע

Se pudo comprobar satisfactoriamente los valores obtenidos por Reynolds en el

experimento verificándose que los Números de Reynolds establecidos,

correspondían a la forma del flujo que se presentaba en la experiencia.

Se pudo distinguir con claridad el flujo laminar (flujo ordenado, lento) del flujo

turbulento (flujo desordenado, rápido).

Se determinó el Número de Reynolds crítico, que nos delimita el cambio de un

flujo en estado laminar al estado turbulento.

REFEERENCIAS:

ING. SILVA LINDO MARCO, Manual de Laboratorio de Mecánica de Fluidos, 2014.

Reynolds, Osborne (1883). «An experimental investigation of the circumstances which

determine whether the motion of water shall be direct or sinuous, and of the law of

resistance in parallel channels».

Cengel, Yunus A., 2006, Mecánica de Fluidos. USA; McGraw – Hill

Debler, Walter R., 1990, Fluid Mechanics Fundamentals. USA; Prentice Hall

White, Frank M., 2004, Mecánica de Fluidos. USA; McGraw – Hill

Gehart P., Gross R., Hochstein J., 1992, Mecánica de Fluidos. USA; Addison – Wesley

Iberoamericana .PotterMerle C. &Wiggert David C., 2002, Mecánica de Fluidos. USA;

Prentice Hall

BIBLIOGRAFIA

http://fing.uach.mx/util/2014/02/04/Manual%20de%20Laboratorio%20de

%20Hidraulica.pdf

http://fjartnmusic.com/Personal/6o_Semestre_files/Re.pdf

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1405774315000025

http://es.scribd.com/doc/73384620/Cuba-de-Reynolds#scribd