INTRODUCCIÓN

En la vida diaria observamos los fluidos a diario ya sea en su forma dinámica como

en reposo; la mecánica de fluidos estudia los fenómenos que se producen sobre

estos elementos entre los cuales se encuentra el estudio de los fluidos en

movimiento los cuales se distinguen de acuerdo al tipo de flujo y al tipo de régimen

en la cual se encuentra.

Como sabemos el tipo de flujo se puede determinar por simple observación pero el

tipo de régimen requiere de cálculos y ensayos que deben de realizar para su

determinación. Este es de suma importancia ya que servirá para cálculos

posteriores en los cuales se debe saber el régimen de flujo para la aplicación de

determinadas fórmulas. Para determinar el régimen del flujo se utiliza el número

de Reynolds, el cual es la causa de la realización de este informe en el que se

tratara la determinación de tipos de flujo de manera experimental y calculando con

las fórmulas aplicadas al respectivo tema.

En la experiencia de Reynolds que tuvimos en laboratorio de hidráulica, se asignó

un régimen a simple vista para toma de datos y luego una comprobación en

gabinete los cuales se presentara en los datos presentados en el desarrollo de

este informe.

1

BIOGRAFIA

Osborne Reynolds (Belfast, Irlanda del Norte, 23 de

agosto de 1842 – Watchet, Inglaterra, 21 de febrero de

1912), fue un ingeniero y físico irlandés que realizó

importantes contribuciones en los campos de la

hidrodinámica y la dinámica de fluidos siendo la más

notable la introducción de ‘’Numero de Reynolds’’ en

1883.

Estudió matemáticas en Universidad de Cambridge,

donde se graduó en 1867. Al año siguiente fue

nombrado profesor de ingeniería del Owens College en

Manchester que, posteriormente, se convertiría en la

Victoria University of Manchester, siendo titular de la

Cátedra de Ingeniería cuando, por aquellos años tan

sólo había dos de estas carreras en toda Inglaterra.

Reynolds consideraba que todos los estudiantes de ingeniería deberían tener un

conjunto de conocimientos comunes basados en las matemáticas, la física y

particularmente los principios fundamentales de la Mecánica clásica. A pesar de su

gran dedicación e interés por la educación, no era un buen profesor pues carecía

de dotes didácticas y pedagógicas. Sus asignaturas eran difíciles de seguir,

cambiando de tema sin ninguna conexión de transición. Reynolds abandonaría su

cargo en 1905.

Reynolds estudió las condiciones en las que la circulación de un fluido en el

interior de una tubería pasaba del régimen laminar al régimen turbulento. Fruto de

estos estudios vería la luz el llamado Número de Reynolds, por similitud entre las

fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas. El Número de Reynolds aparece por

primera vez en 1883 es su artículo titulado An Experimental Investigation of the

Circumstances Which Determine Whether the Motion of Water in Parallei Channeis

Be Direct or Sinuous and of the law os Resistance in Parallei Channels.

Reynolds también propuso las que actualmente se conocen como las Reynolds-

averaged Navier-Stokes equations para flujos turbulentos, en las que determinadas

variables, como la velocidad, se expresan como la suma de su valor medio y de las

componentes fluctuantes.

2

RESUMEN

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica

de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de

dinámica de fluidos. Dicho número o combinación adimensional aparece en muchos

casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de

Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande).

El número de Reynolds, R, se utiliza como parámetro útil para clasificar el tipo de

régimen en un flujo. La determinación del número de Reynolds viene determinado en

función de la velocidad crítica del fluido que corresponde con la velocidad de paso de

régimen laminar a turbulento, y con este experimento se pretende comprobar

prácticamente el número de Reynolds.

Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de

Reynolds viene dado por:

R=VDv

OBJETIVOS

Determinar los parámetros de Reynolds para los distintos tipos de flujo como lo son: laminar, transitorio o turbulento.

Aprender el manejo del equipo para que en la vida profesional realizar los experimentos correctamente para resolver problemas en canales, tuberías, reservorios, diques, etc.

Saber descifrar los distintos resultados obtenidos en los ensayos y aplicarlos correctamente.

3

MARCO TEÓRICO

NÚMERO DE REYNOLDS

Es importante conocer la estructura interna del régimen de un fluido en movimiento ya que esto nos permite estudiarlo detalladamente definiéndolo en forma cuantitativa. Para conocer el tipo de flujo en forma cuantitativa se debe tener en cuenta el número de Reynolds.

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande). Desde un punto de vista matemático el número de Reynolds de un problema o situación concreta se define por medio de la siguiente fórmula:

Dónde:

d = diámetro de la tuberíav = velocidad del fluidoρ = densidad del fluidoμ = viscosidad del fluido

Además el número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento o laminar en ciertos casos. Así por ejemplo en conductos si el número de Reynolds es menor de2000 el flujo será laminar y si es mayor de 4000 el flujo será turbulento

Flujo Laminar Flujo Turbulento

4

Flujo Laminar

Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entre mezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos.

La pérdida de energía es proporcional a la velocidad media. El perfil de velocidades tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo.

Se da en fluidos con velocidades bajas o viscosidades altas, cuando se cumple que el número de Reynolds es inferior a 2300. Más allá de este número, será un flujo turbulento.

Flujo laminar (En forma de láminas delgadas)

5

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 aperiódicos, 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.

Se da en fluidos donde el número de Reynolds es mayor a 3100

Flujo turbulento.- (Forma muy caótica)

Flujo en transición

Para valores de 2000≤ℜ≤4200la lìnea del colorante pierde estabilidad formando

pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada.

Este régimen se denomina de transición.

6

EQUIPOS A UTILIZAR

Equipo de FMD 06.

El módulo consiste en un depósito cilíndrico dotado de una tobera acoplada a un tubo

de metacrilato, que permite la visualización del fluido.

Banco hidráulico FME 00.

Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teoría hidráulica y las

propiedades de la mecánica de fluidos. Compuesto por un banco hidráulico móvil que

se utiliza para acomodar una amplia variedad de módulos, que permiten al estudiante

experimentar los problemas que plantea la mecánica de fluidos.

7

Cronómetro.

Probeta milimetrada

Termómetro

Manguera

8

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO REALIZADO

1. Se prende la maquina donde se hará el ensayo.

2. Se abre la válvula, se regula el caudal de salida del FME 00 ( máquina que

utilizamos en el laboratorio), el cual mediante una manguera abastece con

agua al FME 06 quien tiene un tanque de llenado transparente al cual se lo

abastece temporalmente hasta que logre llenarse y sea eficaz durante el

ensayo.

3. En la parte superior de la maquina contiene un recipiente donde se deberá

colocar un líquido que por lo general es fluorcelina que desciende a través del

tubo transparente que atraviesa el tanque al ser abierto también el envase que

lo contenía; así podremos observar si se trata de un flujo laminar, transicional o

turbulento (en el laboratorio no se utilizó este líquido).

4. Una vez ya establecido el caudal se procederá a tomar datos: se llenara la

probeta en un tiempo dado tantas veces sea necesarias.

5. Se procederá a hacer el mismo procedimiento pero ahora con caudales

diferentes; es decir, se tendrá que abrir la válvula de la maquina poco a poco

las veces que sean necesarias o el número de ensayo que queramos.

6. Por último Se toma la temperatura que posee el fluido almacenado y con esto

se determina la viscosidad cinemática, útil para demostrar el Número de

Reynolds.

9

10

CONCLUSIONES

1. El número de Reynolds obtenidos para cada flujo ensayado en laboratorio

coincide con datos obtenidos y establecidos en libros; por la cual nos

damos cuenta que nuestros cálculos están bien.

2. La metodología aplicada “observación científica” nos fue de mucha ayuda,

ya que gracias a ello se obtuvieron resultados razonables y con buen

sustento.

I. ANEXOS

II. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y DE INTERNET

Mecánica de Fluidos Franzini Finnemore.

HIDRAULICA GENERAL – GILBERTO SOTELO AVILA.

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/ conceptosbasicosmfluidos/flujotturbulento/flujoturbulento.html

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/laminar_turbulento.htm

11