Laboratorio N° 1

Visualización de flujo

Christian Streinesberger e Ismael Muñoz.Enero 2015.

Universidad de Santiago de Chile.Departamento de ingeniería en minas.

Mecánica de fluidosCodigo

Laboratorio Fecha

Resumen Ejecutivo

Experimento realizado en la universidad de Santiago por alumnos de ingeniería en minas, bajos la tutela del profesor del departamento de ingeniería mecánica Iván Gallardo, con objetivo la visualización del flujo laminar y turbulento en laboratorio, y comparar esta visualización con la constante de Reynols en diferentes velocidades para un mismo fluido, en condiciones controladas y constantes.

Los alcances del informe son dar a conocer el procedimiento experimental, los instrumentos usados y una comparación de los datos obtenidos en laboratorio con los datos teóricos.

Los valores obtenidos para el valor de Reynols fluctúan entre 312 y 3681 en un total de 8 mediciones, siendo estos discutidos .

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Tabla de Contenidos Introducción e información general.................................................................................................1

Obgetivo General:........................................................................................................................1Objetivos Específicos..................................................................................................................1

Descripción de los equipos..............................................................................................................2 Cronómetro:...................................................................................................................................2 Termómetro...................................................................................................................................2 Probetas..........................................................................................................................................2 Equipo de Reynolds.......................................................................................................................2

Título 2.........................................................................................................................................2Título 3.....................................................................................................................................2Título 3.....................................................................................................................................2

Capítulo 4 Resultados y discusión..................................................................................................5Lista de referencias..........................................................................................................................6Apéndice..........................................................................................................................................7

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Introducción e información general

Obgetivo General:

Observar y evaluar el tipo de flujo, de acuerdo a si es laminar, transición ó turbulento.

Objetivos Específicos • Identificar los regímenes de los movimientos de fluidos, según observaciones visuales, calculando el número de Reynolds y relacionando con lo observado en laboratorio.

• Comprender la importancia del número de Reynolds en el estudio del comportamiento de flujos.

• Calcular mediciones del número de Reynolds para flujos en diferentes condiciones mediante datos conocidos.

1

Descripción de los equipos

Cronómetro:

El cronómetro es un reloj cuya precisión ha sido comprobada y certificada por algún instituto o centro de control de precisión (figura 1).

Fígura 1. Cronómetro

Termómetro:

Instrumento que sirve para medir la temperatura (figura 2)

Figura 2 Termómetro

2

Probetas

Recipiente graduado que se usa en los laboratorios de química para medir el volumen de los líquidos, imagen 3

Figura 3probeta

Equipo de Reynolds:

El objetivo de este equipo es tratar de reproducir el experimento realizado por Osborne Reynolds visualizando los flujos laminar, turbulento y de transición, estableciendo el número de Reynolds correspondiente a cada uno de ellos.El equipo se compone de un sistema de alimentación de agua a carga constante mediante un sistema de desagüe, que alimenta un tubo central de vidrio calibrado, figura 4, donde se visualizan los diferentes tipos de flujo a estudiar.En este tubo central de vidrio, se inyecta un colorante procedente del depósito colocado en la parte superior del equipo, es éste colorante el que nos permite la perfecta visualización de los fenómenos anteriormente aludidos.Tanto el depósito de colorante como el tubo de vidrio cuentan con válvulas para la regulación de la cantidad de colorante inyectado en el primer caso y del caudal en el segundo.

3

Figura 4Equipo Reynolds

Procedimiento Experimental

Procedimiento general, presentado por el profesor a cargo:

- Conseguir que la altura de carga, sobre el tubo de vidrio sea constante.- Comprobar que la inyección del permanganato de potasio funcione correctamente y

centrado en el tubo.- Inyectar permanganato.- Fijar y medir caudal a la salida de la tubería de vidrio.- Observar y graficar flujo observado.- Mediante válvula de control de caudal, repetir del 1 al 6 las mediciones de flujo, para

conseguir visualizar los 3 tipos de flujos.- Confeccionar tabla de valores obtenidos, en mediciones con flujo ascendente de

caudal y con flujo descendente de caudal.

1) Se llena el estanque, ver figura 4, este estanque cuenta con desagüe en la parte superior de sus paredes, con la finalidad de mantener la altura, y por lo tanto la presión constante, mientras las otras llaves estén abiertas, la llave que alimenta al

1

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4

estanque esta también abierta, con un mayor caudal para mantener constante la altura.

2) Para dar inicio al experimento, se abre la llave de manera gradual y ascendente, se regula en un caudal fijo

3) Usando la probeta se mide el volumen en un tiempo determinado que fluye por el aparato de Reynols, utilizando para medir el tiempo un cronometro.

4) Una vez medido, tanto el tiempo como el volumen (para así poder sacar el cauda o el volumen partido en tiempo), se da inicio a la Visualización del flujo, para esto la llave de tinta es abierta (paso 3 imagen 4 ).

5) Se analiza si el flujo es laminar o turbulento, de ser laminar se vera una marcada parábola en el frente de avance como muestra la figura 5, de lo contrario, si en el frente de avance se ve una superficie dispareja o no parabólica, se dirá que es un flujo turbulento, así como si no es muy notable, un flujo en transición.

Figura 5, Visualización de un flujo laminar

5

Presentación de resultados

Tabla 1 Resultados ExperimentalesMedición Tiempo(s) Volumen (ml) Observación1 87,635 780 Laminar2 36,928 820 Laminar3 31,064 1040 Laminar4 22,302 1055 Laminar5 14,114 980 Transición6 10,507 1130 Turbulento7 14,963 1025 Turbulento8 25,564 995 Laminar

Resultados Analíticos

Ve=

QA

=

VTA

A=D2∗π

4ℜ=

V∗Dϒ

Ve= Velocidad (m/s)Q= Caudal (m3/s)A= Area (m2)V= Volumen (m3)T= Tiempo (s)Re= Numero de ReynoldsD= Diámetro (m)ϒ= Viscosidad Cinemática (m2/s) Valores fijos

A=(0,032 m)2∗π

4 = 8,042∗10−4 (h20 )=1,13∗10−6 m2/ s

Medición 1

Ve=7,8∗10−4 m3/87,635 s

8,042∗10−4 =0,011 m

sℜ=

0,011ms

∗0,032 m

1,13∗10−6 m2

s

=312

Medición 2

Ve=8,2∗10−4 m3/36,928 s

8,042∗10−4 =0,0276m

sℜ=

0,0276 ms

∗0,032m

1,13∗10−6 m2

s

=782

Medición 3

6

Ve=10,4∗10−4 m3/31,064 s

8,042∗10−4 =0,0416 m

sℜ=

0,0416 ms

∗0,032 m

1,13∗10−6 m2

s

=1178

Medición 4

Ve=10,55∗10−4 m3/22,302 s

8,042∗10−4 =0,0588m

sℜ=

0,0588ms

∗0,032m

1,13∗10−6 m2

s

=1665

Medición 5

Ve=9,8∗10−4 m3/14,114 s

8,042∗10−4 =0,086 m

sℜ=

0,086 ms

∗0,032m

1,13∗10−6 m2

s

=2435

Medición 6

Ve=11,3∗10−4 m3/10,507 s

8,042∗10−4 =0,13m

sℜ=

0,13ms

∗0,032m

1,13∗10−6 m2

s

=3681

Medición 7

Ve=10,25∗10−4 m3/14,963 s

8,042∗10−4 =0,085 m

sℜ=

0,085 ms

∗0,032 m

1,13∗10−6 m2

s

=2407

Medición 8

Ve=9,95∗10−4 m3/25,564 s

8,042∗10−4 =0,048m

sℜ=

0,048ms

∗0,032 m

1,13∗10−6 m2

s

=1359

tabla 2 resultados visualesMedición Tipo de flujo1 Laminar2 Laminar3 Laminar4 Laminar5 Transición6 Transición

7

7 Transición8 Laminar

Discusión de ResultadosPara poder analizar los resultados, debemos saber los intervalos que puede recorrer el número de Reynolds para poder clasificarse en laminar, transición o turbulento. Si Re<2000 el flujo será Laminar.Si 2000<Re<4000 el flujo será de Transición.Si Re>4000 el flujo será Turbulento.Según lo observado, y lo obtenido mediante cálculos, se tiene que para las mediciones del ensayo 1,2,3,4,5 coincide la teoría con los cálculos matemáticos, lo que nos muestra que el experimento se realizó de una manera correcta y el flujo se aprecia mejor cuando el caudal va en aumento.

Para el ensayo 6, no concuerda lo observado con lo calculado esto se debió a que el ojo humano no pudo captar de forma adecuada el tipo de flujo, aún faltaba un pequeño aumento de caudal, para que el flujo fuera totalmente turbulento, ya que los resultados analíticos indican que el número de Reynolds estaba muy cerca del 4000.

Paro el ensayo 7, varía lo observado en el laboratorio con los resultados analiticos, esto se debe a que con la disminución de caudal muchas partículas continúan con la inercia que ya traían lo que provoca choque entre partículas esto implica confusión en nuestra determinación en el laboratorio, provocando errores al apreciar a qué tipo de flujo corresponde, esto se vuelve a estabilizar con el paso del tiempo una vez que corre un caudal constante por un largo periodo de tiempo. Esto se ve reflejado en el flujo 8 que coincide lo observado en la experiencia, con los resultados analíticos, ya que el caudal ya era constante.

6)

8

Resultados y discusión.

9

Lista de referencias

Andrews, S. Fastqc, (2010). A quality control tool for high throughput sequence data. Augen, J. (2004). Bioinformatics in the post-genomic era: Genome, transcriptome,

proteome, and information-based medicine. Addison-Wesley Professional.

Blankenberg, D., Kuster, G. V., Coraor, N., Ananda, G., Lazarus, R., Mangan, M., ... & Taylor, J. (2010). Galaxy: a web‐based genome analysis tool for experimentalists. Current protocols in molecular biology, 19-10.

Bolger, A., & Giorgi, F. Trimmomatic: A Flexible Read Trimming Tool for Illumina NGS Data. URL http://www. usadellab. org/cms/index. php.

Giardine, B., Riemer, C., Hardison, R. C., Burhans, R., Elnitski, L., Shah, P., ... & Nekrutenko, A. (2005). Galaxy: a platform for interactive large-scale genome analysis. Genome research, 15(10), 1451-1455.

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Apéndice

Las tablas y figuras pueden ir en el apéndice como se mencionó anteriormente.

También es posible usar el apéndice para incluir datos en bruto, instrumentos de

investigación y material adicional.

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