UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADEMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA
MECANICA DE FLUIDOS I SECCION: G 2014-I
CINEMÁTICA: VISUALIZACIÓN DE FLUJO
CUBA DE REYNOLDS
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
MECANICA DE FLUIDOS I
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADEMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA
SECCION: G 2014-I
RESUMEN Los objetivos de este experimento fue la visualizacion de los flujos laminares y turbulentos en la cuba de Reynolds,calcular el número de Reynolds para diferentes caudales y definir a que tipo de flujo pertence, para luego compararlos con lo visualizado en la cuba de Reynolds para cada caudal. Notamos que uno de los flujos obsevado no coincidia con el tipo de flujo teorico, el hallado por Reynolds. La presencia de vibraciones en el ambiente podria haber sido la causa de que nuestros resultados no coincidan, asi como tambien las mediciones de los volumenes y las tomas de tiempo, ya que hay tambien tenemos errores de precision.
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INTRODUCCION
Conocer la naturaleza del flujo de un fluido en movimiento es importante, porque permite clasificarlo para ser estudiado detalladamente. Para definir el tipo de flujos e debe tener presente el número de Reynolds, el cual relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional. El análisis de tales flujos es importante en los muchos casos en que el fluido se debe transportar de un lugar a otro por medio de tuberías.
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METODOS Y MATERIALES
Cuba de Reynolds Este equipo permite ver la diferencia física existente entre un flujo laminar y un flujo turbulento con la ayuda de un colorante inyectado en el eje de un tubo de vidrio de 10 mm de diámetro.
CUBA DE REYNOLDS
Características:
Permite el reconocimiento físico de un flujo laminar y turbulento.
Permite la obtención cuantitativa del Nº de Reynolds.
El flujo laminar se reconoce fácilmente mediante la coloración de un filete fluido.
El equipo está construido íntegramente en bastidor metálico con amplios paneles de observación de vidrio transparente de 8 mm de espesor.
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El equipo consta de 2 piezas. Una base construida en estructura tubular para alojar la cuba construida íntegramente de perfiles estructurales.
La cuba tiene las siguientes dimensiones: Largo (125 cm), Ancho (51 cm) y Altura (58 cm).
Peso neto (160 Kg).
Descripción:
El tanque de observación posee un sistema disipador de energía del agua de suministro de modo que el nivel sube sin perturbaciones hasta encontrar el rebose que se encarga de mantener siempre constante la carga sobre la salida durante la experiencia.
El sistema de inyección del colorante para la visualización de la vena fluida, consiste en dos tanques pequeños conectados en serie: Uno superior de 1500 cm 3 es el tanque de almacenamiento del colorante, otra inferior de 150 cm 3. Está provista de 2 válvulas de agua de 1/4” que permiten la dosificación necesaria del colorante para cada experiencia y posee un agujero de ventilación para darle carga y una mayor fluidez a la inyección del colorante.
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La inyección del colorante se efectúa mediante un inyector de 0.5 mm de diámetro, directamente sobre el eje de un tubo de vidrio transparente de 10 mm de diámetro inferior que es donde se visualiza regímenes del flujo resultante.
Cronómetro
Termómetro
Tinte
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ESPECIFICACIONES:
El equipo está concebido, con fines de facilidad de transporte en dos piezas.
La cuba de Reynolds. La mesa de soporte
La cuba tiene las siguientes dimensiones:
Largo 1250 mm. Ancho 510 mm. Altura 580 mm. Peso neto 160 Kg.
La mesa de soporte fabricado con estructura tubular, remata en su parte superior en un marco de perfil angular de 2” x 2” x 1/4” y tiene las siguientes
dimensiones: Largo 1160 mm. Ancho 690 mm. Altura 1040 mm. Peso neto 34.5 Kg.
Las válvulas de control y regulación son de bronce tipo compuerta distribuidos en:
2 de 3/4” para control de niveles 1 de 1/2” para control de agua de ingreso 1 de 3/6” para el control de la salida del agua de la cuba.
DIMENSIONES Y PESOS DEL CONJUNTO:
Largo total con accesorios. 1450 mm. Ancho total con accesorios 690 mm. Altura total con accesorios 1880 mm. Peso neto 160 Kg. Peso bruto 180 Kg.
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PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO 1) Llenamos la cuba de Reynolds con agua hasta una altura constante. 2) Abrimos parcialmente la válvula de descarga. 3) Luego abrimos la válvula del colorante para poder observar el tipo de flujo. 4) Abiertas las dos válvulas, tomamos un volumen de agua en una probeta graduada en un tiempo determinado, luego anotamos el tiempo que indica el cronometro y el volumen de agua que indica la probeta. 5) Repetimos este último paso 4 veces, pero con la diferencia que en cada ves abrimos más la válvula de descarga, incrementando así el caudal para cada toma de volumen. Para cada toma de volumen se puso a cero el cronometro. 6) En nuestro caso, nosotros no tomamos directamente la temperatura del agua, sino que el señor asistente del laboratorio nos los proporciono.
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RESULTADOS 1)
Definir: Flujo
Laminar : Se llama flujo laminar al movimiento de un fluido cuando
éste es ordenado, 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. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. Las fuerzas viscosas son fuertes comparadas con las fuerzas de inercia. Flujo
Turbulento: Se llama flujo turbulento
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. Las fuerzas viscosas son débiles comparadas con las fuerzas de inercia. Flujo
de Transicion: También llamado estado mixto, es aquel que
corresponde al período transitorio entre el flujo laminar y el turbulento o viceversa. No se puede predecir qué tipo de flujo es. Número de Reynolds
Tipo de flujo
Re ˂ 2000
Laminar
2000 ˂ Re ˂4000
Transicion
4000 ˂ Re
Turbulento 9
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Número de Reynolds Crítico: Es el numero limite entre unflujo laminar y unflujo turbulenta.
Reynolds
Crítico superior: Número arriba del cual un flujo pasa a ser
turbulento, es decir, siRe >Recrítsuperiror flujo turbulento. Reynolds
Crítico inferior: Número arriba del cual un flujo laminar
primario deja de existir, de modo que el flujo es laminar si Re ˂ Recrítinferior .
2)
Tuberias llenas
Canales
Re inferior
2300
500
Re superior
4000
2000
Experimentalmente se ha demostrado que en tubos de sección circular cuando el número de Reynolds pasa de 2300 se inicia la turbulencia en la zona central del tubo, sin embargo este límite es muy variable y depende de las condiciones de quietud del conjunto (reposo inicial absoluto del fluido, eliminación de vibraciones y cambios de temperatura). Para número de Reynolds mayores de 4000 el flujo es turbulento.
Para flujo entre placas paralelas, si se toma como dimensión
características el espaciamiento de estas, el número de Reynolds máximo que garantiza flujo laminar es 1000. Para canales rectangulares anchos con dimensión característica la
profundidad, este límite es de 500. Para esferas con el diámetro como dimensión característica el límite es
la unidad. 10
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3) Para determinar el número de Reynolds se mide la temperatura del fluido con un termómetro, luego se suelta la tinta, la cual pasará por una pequeña tubería, este flujo es regulado por una pequeña válvula y a la salida se coloca una probeta para medir el volumen en un determinado tiempo, con lo cual se obtiene el caudal para luego hallar la velocidad; posteriormente se calcula el número de Reynolds, el cual depende del diámetro de la tubería, la velocidad y la viscosidad cinemática para la temperatura determinada anteriormente.
DATOS MEDIDOS DIRECTAMENTE Tiempo (seg)
Volumen (cm3)
Temperatura (°C)
14.66
206.5
25.4
14.94
264
25.4
15.34
272
25.4
15.44
438
25.4
12.97
433
25.4
15.28
678
25.4
15.5
976
25.4
15.47
1128
25.4
16.03
1268
25.4
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Cálculo del caudal:
Cálculo de la velocidad:
Cálculo del numero de Reynolds:
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TABULACION DE LOS RESULTADOS ( ⁄)
(⁄)
( ⁄)
14.0859
17.9346
2025.22
17.6706
22.4988
2540.62
17.7314
22.5762
2549.36
28.3678
36.1189
4078.65
33.3847
42.5066
4799.96
44.3717
56.4956
6379.64
62.9677
80.1727
9053.33
72.9153
92.8384
10483.58
79.1016
100.7150
11373.03
Laminar
Laminar
Turbulento
Transicion
Turbulento
Turbulento
Turbulento
Turbulento
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