LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA I

LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA I

LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA I

Ao de la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad AlimentariaUniversidad Nacional del Callao

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICACURSO:LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA IPROFESOR: DIAZ CORDOVA ZOILATEMA:RGIMEN DE FLUJO CUBA DE REYNOLDSCICLO:VIIALUMNOS : GUTIERREZ PAUCAR, OMAR090840DBellavista Callao2013

I. INTRODUCCIN

Cuando un lquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, las molculas se mueven en capas concntricas paralelas a lo largo del eje del tubo; a este rgimen se le conoce como flujo laminar.Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada velocidad crtica, el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este rgimen se le conoce como flujo turbulento. El paso de rgimen laminar a turbulento no es inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio indefinido que se conoce como rgimen de transicin.Si se inyecta una corriente muy fina de algn lquido colorido en una tubera transparente que contiene otro fluido incoloro, se pueden observar los diversos comportamientos del lquido conforme vara la velocidad.Cuando el fluido se encuentra dentro del rgimen laminar (velocidades bajas), 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 rgimen turbulento (velocidades altas) el colorante se difunde a travs de toda la corriente. Para el flujo 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. Para el flujo 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.

II. OBJETIVOS

Conocer el manejo de la cuba de Reynolds Observar el tipo de flujo, laminar o turbulento. Determinar el nmero de Reynolds

III. FUNDAMENTO TERICO

FluidoFluido pueden ser lquidos o gases, son sustancias que se deforman continuamente cuando se le aplica un esfuerzo tangencial por pequeo que sea. Entre sus propiedades tenemos: isotropa, viscosidad, movilidad, compresibilidad.Los lquidos se diferencian de los gases en su densidad, otra diferencia de los gases seria que los gases se comprimen con facilidad mientras que los lquidos se comprimen poco.Fluido idealEs un fluido de viscosidad nula, incompresible y mediante el cual un cuerpo se puede mover en el sin experimentar resistencia alguna. La resultante de las fuerzas que el fluido ejerce sobre un cuerpo sumergido en el, en la direccin normal como en la direccin del movimiento son miles. Un fluido ideal no existe en la naturaleza pero su estudio terico conduce a las leyes que son aplicadas a los lquidos reales.DensidadEn fsica y qumica es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de sustancia, su unidad en el sistema internacional es Kg/m3.Velocidad mediaVelocidad media o promedio es la velocidad en un intervalo de tiempo dado. Se calcula dividendo el desplazamiento entre el tiempo.ViscosidadEs una propiedad distinta de los fluidos. Est ligada a la resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le somete a un esfuerzo de corte. Es decir la viscosidad expresa la resistencia del fluido a dejarse cortar o separar. Es una propiedad dependiente del fluido.

Flujo laminar y turbulentoCuando el gradiente de velocidad es acusado, pero las velocidades bajas en valor promedio (por ejemplo en las zonas de capa lmite adyacentes a un contorno rgido o en el flujo por una tubera a baja velocidad), las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia. En este caso el movimiento est controlado por las fuerzas viscosas de cohesin de unas partculas con otras, que impiden que pueda haber cambios bruscos de posicin relativa. Cualquier perturbacin impuesta sobre el flujo principal es rpidamente atenuada por las fuerzas viscosas, y el resultado final es un movimiento en el que las partculas siguen trayectorias definidas: todas las partculas que pasan por un determinado punto en el campo de flujo siguen la misma trayectoria. Este es pues el tipo de flujo denominado laminar (pues las partculas se desplazan en forma de capas o lminas).Cuando se tiene un gradiente de velocidad pero con zonas de alta velocidad, las fuerzas viscosas pierden valor relativo respecto a las fuerzas de inercia. En estas condiciones una perturbacin que altere puntualmente el equilibrio entre la rotacin relativa alrededor de cada partcula y la deformacin propiamente dicha ya no logra ser atenuada por las fuerzas viscosas, sino que crece y da origen a un remolino arrastrado por la corriente. A su vez la presencia de un remolino supone nuevos gradientes de velocidad, por lo que a partir de ese remolino se pueden originar otros remolinos de tamao ms pequeo. El proceso de generacin de nuevos remolinos de menor escala finaliza al alcanzar tamaos en los que los gradientes de velocidad asociados (que crecen al disminuir la escala de los remolinos) se corresponden con fuerzas viscosas dominantes sobre las de inercia; estas escalas de tamao mnimo reciben el nombre de escalas de Kolmogorov, tras los trabajos del cientfico ruso Andrei Nikolaevich Kolmogorov publicados en 1941. As pues el flujo pasa a estar compuesto por un movimiento en la direccin principal ms una sucesin de remolinos de distintas escalas superpuestos entre s, de modo que cada partcula ya no realiza una trayectoria rectilnea, sino que su rumbo se ve continuamente alterado por la sucesin de remolinos. Este es el tipo de flujo denominado turbulento.

Nmero de ReynoldsLas investigaciones de Osborne Reynolds han demostrado que el rgimen de flujo en tuberas, es decir, si es laminar o turbulento, depende del dimetro de la tubera, de la densidad y la viscosidad del fluido y de la velocidad del flujo. El valor numrico de una combinacin adimensional de estas cuatro variables, conocido como el nmero de Reynolds, puede considerarse como la relacin de las fuerzas dinmicas de la masa del fluido respecto a los esfuerzos de deformacin ocasionados por la viscosidad.El nmero de Reynolds es:

Nmero de Reynolds crticoLas aplicaciones prcticas involucran flujos que se encuentran bien dentro del rango laminar o bien dentro del turbulento, por lo que la existencia de dicha regin de incertidumbre no ocasiona dificultades. Si se encuentra que un flujo se encuentra en un sistema se halla en la regin critica, la prctica usual es cambiar la tasa de flujo o dimetro de tubo para que sea bien laminar o turbulento para realizar clculos ms precisos.Prdida por friccin en flujo laminarCuando existe un flujo laminar el fluido parece que se mueve en capas, una sobre la otra, debido a la viscosidad se presentan fuerzas de friccin entre sus capas generando perdidas de energas. Debido que el flujo laminar es tan ordenado es posible una relacin entre la energa perdida y otros parmetros del fluido. Dicha relacin es Hagen- poiseville.

Sin embargo tambin se puede usar la ecuacin de darcy:

Si igualamos ambos despejando el factor de friccin:Prdida por friccin en flujo turbulentoEn este caso es mejor usar la ecuacin de darcy y debemos recurrir a datos experimentales.

IV. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Qu diferencias habr entre un rgimen de flujo y otro y que tanto influye en esto en nmero de Reynolds?Hiptesis

Un fluido se comporta laminar cuando su nmero de Reynolds es menor a 2100 y ser turbulento cuando este sea mayor a 4000.V. EQUIPOS Y MATERIALES

Cuba de Reynolds Fluoroseina sdica Probeta de 1lt CronometroVI. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Llenar la cuba de Reynolds con agua y esperar que cese cualquier clase de movimiento que en el momento este predominando. Medir el dimetro de la tubera del vidrio.

Medir la temperatura del agua a fin de conocer sus propiedades fisicoqumicas. Colocar el colorante en el depsito y ajustar la vlvula de este de tal manera que el flujo del colorante es el mnimo posible y no altere el rgimen que se espera obtener.

Aperturar simultneamente la vlvula que inyecte fluoroseina con la vlvula de descarga del fluido y observar el primer comportamiento. Abrir ligeramente un poco ms la vlvula de descarga y observar el segundo comportamiento. Por ltimo abrir ms la vlvula y observar el tercer y ltimo comportamiento, midiendo el caudal con una probeta y el cronometro en los tres casos.

VII. CLCULOS Y RESULTADOS:

El agua se utilizo a una temperatura de 19.5c = 998.39 Kg/m3 = 0.0010155 Kg/m.s1 rgimen: laminarVolumen(ml)Tiempo(seg)Flujo volumtrico(m3/seg)

40010.350.000038647

35510.410.0000341

32010.170.0000314651

Vprom=358.33T prom = 10.31Vprom = 0.0000347374

Dimetro del tubo = 1cm

Atubo = = 0.00007854m2prom= = 0.442289m/sNRe== 4348.372 rgimen: transitorioVolumen(ml)Tiempo(seg)Flujo volumtrico(m3/seg)

53010.260.000051657

52510.550.000049763

53810.650.000050516

Vprom=531T prom = 10.4867Vprom = 0.0000506453

Dimetro del tubo = 1cm Atubo = = 0.00007854m2prom= = 0.64483m/sNRe== 6339.653 rgimen: turbulentoVolumen(ml)Tiempo(seg)Flujo volumtrico(m3/seg)

75910.20.0000744

6579.90.0000766

77210.10.0000764

Vprom=729.33T prom = 10.1Vprom = 0.0000758

Dimetro del tubo = 1cm Atubo = = 0.00007854m2prom= = 0.96511m/sNRe== 9488.49

VIII. CONCLUSIONES

De esta experiencia se puede concluir que efectivamente conforme se le aumenta la velocidad, es decir al aperturar mas la llave el numero de Reynolds aumenta y con ello tambin aumenta la turbulencia, sin embargo al calcular el valor del numero de Reynolds no coincidieron con el tipo de rgimen observado y esto posiblemente debido a una mala lectura del tiempo y/o volumen.

IX. RECOMENDACIONES

Usar instrumentos de medicin confiables como un cronometro ya que el uso de este reducira el error que se pudiese obtener en una experiencia. Tener cuidado en manipular los instrumentos en el laboratorio ya que muchos de ellos son delicados.

X. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Mecnica de fluidos: Robert Mott 6ta edicin, pag 230 Mecnica de fluidos Merler C Potter, pag 222 www.wikipedia.com

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