FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO
MECÁNICA DE DOCENTE: ING.
GUILLERMO ARRIOLA CARRASCO.
ESTUDIANTES: BECERRA
PINTADO, Richard Antony. ESPINOA RE!UE"O, Nay#a Gi$%##. G&ME C&RDO'A, Mi()%# Antony. CICLO: '
*+Pimentel, 09 de Septiembre.
* ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
INTRODUCCIÓN 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 se debe tener en cuenta el número de Reynolds. Este análisis es importante en los casos donde el fluido debe ser transportado de un lugar a otro. Como para determinar las necesidades de bombeo en un sistema de abastecimiento de agua, deben calcularse las cadas de presi!n ocasionadas por el ro"amiento en las tuberas, en un estudio semejante se lleva a cabo para determinar el flujo de salida de un reciente por un tubo o por una red de tuberas. #os diferentes regmenes de flujo y la asignaci!n de valores numéricos de cada uno fueron reportados por primera ve" por $sborne Reynolds en %&&'. Reynolds observo que el tipo de flujo adquirido por un lquido que fluye dentro de una tubera depende de la velocidad del lquido, el diámetro de la tubera y de algunas propiedades fsicas del fluido (como la densidad de este). * continuaci!n, en el presente informe detallaremos el procedimiento que se reali"! e+perimentalmente, ayudándonos a sinteti"ar la teora de Reynolds.
ÍNDICE
1. DESCRIPCIÓN.......................................................................................................-
1.1.
Banco hidráulico - FME ..................................................................................-
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL %.%.%.
Concepto....................................................................................................-
%.%..
-imensiones y peso ......................................................................................./
1.!.
E"ui#o #ara la d$%o&'raci(n d$ R$)nold& - FME *................................................./
%..%.
Concepto..................................................................................................../
%...
-imensiones y peso .......................................................................................0
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so...........................................................................................................0
1.+.
T$r%(%$'ro......................................................................................................0
1.,.
P$r%anana'o d$ #o'a&io....................................................................................0
1..
Cron(%$'ro......................................................................................................1
1.*.
Pro/$'a............................................................................................................1
2. OB0ETIOS...........................................................................................................2
!.1.
O/2$'i3o $n$ral................................................................................................2
!.!.
O/2$'i3o& $$c45ico&...........................................................................................2
3. 6IPÓTESIS............................................................................................................2 4. DES7RRO88O DE8 INFORME................................................................................2 5. RESU8T7DOS...................................................................................................... 6. CONC8USIONES..................................................................................................7. RECOMEND7CIONES........................................................................................... 7NE9OS.............................................................................................................. /
1.
DESCRIPCIÓN /nstrumentos a utili"ar0 1anco 2idráulico 3 45E 66 Equipo para la demostraci!n de Reynolds 3 45E 67 8erm!metro Permanganato de potasio
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL Cron!metro Probeta (ml)
1.1.
Banco hidráulico - FME
1.1.1.
Conc$#'o
Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teora 2idráulica y las
propiedades de la mecánica de fluidos. Compuesto por un banco 2idráulico m!vil que se utili"a para acomodar una amplia variedad de m!dulos, que permiten al estudiante e+perimentar los problemas que plantea la mecánica de fluidos. Equipo aut!nomo (dep!sito y bomba incluidos). /nnovador sistema de a2orro de agua consistente en un dep!sito sumidero de alta capacidad y un rebosadero que devuelve el e+cedente de agua a dic2o dep!sito. 9álvula de desag:e fácilmente accesible. -ispone de un dep!sito escalonado (volumétrico) para medir caudales altos y bajos,
además de una probeta de un litro de capacidad para caudales aún más bajos. 8ubo de nivel provisto de escala que indica el nivel de agua del dep!sito superior. Caudal regulado mediante una válvula de membrana. Pantalla amortiguadora de flujo para reducir el grado de turbulencia. Canal en la parte superior especialmente dise;ado para el acoplamiento de los
m!dulos, sin necesidad de usar 2erramientas. El montaje de los distintos m!dulos, sin necesidad de utili"ar 2erramientas, asegura su simplicidad.
1.1.!.
Di%$n&ion$& ) #$&o
-imensiones0 %.%' + 6.<' + % m. *pro+. Peso0 <6 =g. apro+.
/ ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
1.!.
E"ui#o #ara la d$%o&'raci(n d$ R$)nold& - FME *
1.!.1. Conc$#'o
El m!dulo consiste en un dep!sito cilndrico dotado de una tobera acoplada a un tubo de metacrilato, que permite la visuali"aci!n del fluido.
n rebosadero garanti"a la 2omogeneidad del caudal y una aguja acoplada a un dep!sito suministra el colorante. El agua se suministra desde el 1anco >idráulico (45E66) ! el ?rupo de *limentaci!n. #a visuali"aci!n del régimen laminar, transicional o turbulento se puede reali"ar actuando sobre la válvula de control de flujo.
1.!.!. Di%$n&ion$& ) #$&o -imensiones0 6.@A + 6.@A + %.A m. *pro+. Peso0 6 =g. apro+.
1.!.+. U&o
$bservaci!n del régimen laminar, de transici!n y turbulento. Estudio del perfil de velocidades, reproduciendo el e+perimento de $sborne3Reynolds. Cálculo del número de Reynolds.
1.+.
T$r%(%$'ro
tili"ado para medir la temperatura del fluido después de cada ensayo dependiendo del tipo de flujo anali"ado.
0 ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
1.,.
P$r%anana'o d$ #o'a&io
Bos permite observar el tipo de flujo que se está descargando ya sea laminar, transicional o turbulento. Para mantener una referencia en los ensayos.
1..
Cron(%$'ro
Bos ayuda para medir el tiempo en que se llena parte de la probeta, dependiendo del flujo este tiempo varia.
1.*.
Pro/$'a
Bos ayuda a calcular el volumen de cada ensayo que dependiendo del tipo de flujo se da a un determinado tiempo.
1 ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
!.
OB0ETIOS !.1.
O/2$'i3o $n$ral
-eterminar el tipo de flujo de un fluido en diferentes condiciones mediante datos
conocidos.
!.!.
O/2$'i3o& $$c45ico&
Comprender y verificar la ecuaci!n del número de Reynolds y su importancia en el
estudio de los tipos de flujo. Calcular las mediciones del caudal para poder determinar la velocidad a la cual viaja
el fluido en cada uno de los tipos de flujo. -escribir la apariencia de un flujo laminar, transicional y de un flujo turbulento a
través de lneas que ilustran el paso del agua por la tubera.
+.
6IPÓTESIS * menor velocidad del flujo, menor número de Re ynolds. El número de Reynolds es directamente proporcional a la viscosidad cinemática del
agua.
2 ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL El caudal es directamente proporcional al número de Reynolds. #a velocidad del agua es inversamente proporcional al diámetro de la manguera.
,.
DES7RRO88O DE8 INFORME Para reali"ar el presente informe, iniciamos el e+perimento encendiendo el banco 2idráulico 45E66, esperamos a que el agua llene el dep!sito y se mantenga constante. Para describir los diferentes tipos de flujo se reali"aron % ensayos donde se fijará un caudal diferente cada @ ensayos. Para los primeros @ ensayos y establecido también el primer caudal, abrimos la llave
que controla el flujo de permanganato de potasio, la cual permitirá conocer el tipo de flujo según la trayectoria que describa. Calculamos el valor del primer caudal llenando una probeta con el agua que fluye por el banco 2idráulico, controlamos el tiempo con un cron!metro y registramos el volumen del agua en la probeta. Repetimos el ensayo ' veces más sin cambiar el caudal y medimos la temperatura del agua. En los @ ensayos siguientes, manipulamos la válvula del banco 2idráulico aumentando
levemente el caudal, esperamos a que estabilice y nuevamente abrimos la llave del permanganato de potasio para observar su nueva trayectoria. Calculamos el valor del segundo caudal de la misma manera con una probeta y un cron!metro. Registramos los datos y medimos nuevamente la nueva temperatura. En los últimos @ ensayos, reali"amos los mismos pasos manipulando la válvula para
aumentar el caudal que se medirá con la probeta y el cron!metro. 4inalmente, medimos la última temperatura.
Para poder identificar el tipo de flujo con mayor facilidad, podemos observar la trayectoria que presenta0
En 5lu2o la%inar: e observan 2ilos delgados y uniformes de tinta (permanganato de potasio), se mueve en láminas o capas de tal manera que se puede ajustar la válvula de salida 2asta obtenerla.
3 ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
En 5lu2o 'ran&icional: e observan 2ilos ya no uniformes si no formando ondas o parábolas para convertirse en turbulento.
En 5lu2o 'ur/ul$n'o: Bo se observan los 2ilos de permanganato de potasio debido a su movimiento errático.
8o& 'r$& 'i#o& d$ 5lu2o rá5ica%$n'$:
4inalmente, 2abiendo culminado el ensayo, revisamos nuestros datos para proceder a calcular el número de Reynolds a partir de la velocidad y viscosidad del agua.
+ ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
.
RESU8T7DOS
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Con los resultados obtenidos en laboratorio los cuales fueron0 -iámetro de la tubera0 6.6%& m 8emperatura0
DC DC
En&a)o 1 ! +
Caudal #ro%. ;%+<&$=
R$)nold& #ro%.
Prueba %0 '
7.7&@(%637) %.@7&(%63A)
A6.@'A %%F.<
Prueba 0 @
A.F&<(%63A)
'@A%.%A
Prueba '0 @
DC 9iscosidad0
'DC 6.F@% (%637) mGs @DC 6.F%F (%637) mGs #uego de proceder a los cálculos se obtuvieron los resultados que se muestran en la tabla anterior, presenciando as que el flujo que fue observado en laboratorio, no coincidi! totalmente con el flujo real el cual fue comprobado luego de calcular el número de Reynolds. En el ensayo % y ' el flujo observado fue laminar y turbulento respectivamente, al calcular el número de Reynolds con los datos que se 2aban obtenido, el flujo real coincidi! con el flujo que fue observado, obteniendo as una suposici!n correcta. En el ensayo el flujo observado fue transicional, al calcular el número de Reynolds con los datos obtenidos, el flujo real obtenido fue un Hflujo laminarI no coincidiendo con el flujo observado, obteniendo as una suposici!n incorrecta. En la siguiente tabla se observan los caudales y BD de Reynolds promedio por cada ensayo, para poder as obtener la gráfica HCaudal vs BD de ReynoldsI
* ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Nota: En el grafico podemos apreciar que cuando va aumentando el caudal, lo mismo sucede con el número de Reynolds.
En la siguiente tabla se observan los caudales y velocidades promedio por cada ensayo, para poder as obtener la gráfica HCaudal vs 9elocidadI
En&a)o 1 ! +
$locidad #ro%. ;%<&$=
Caudal #ro%. ;%+<&$=
6.67' 6.6A<<
7.7&@(%637) %.@F%(%63A)
6.'A'
@.@&@(%63A)
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
*.
CONC8USIONES na ve" anali"ados los resultados se pudo determinar el tipo de flujo para cada ensayo,
obteniendo 4lujo laminar para los dos primeros ensayos y turbulento para el tercer y último ensayo, lo que es posible afirmar que son satisfactorios, puesto que en la mayora de los casos, el régimen de flujo obtenido e+perimentalmente coincide con el esperado. El número de Reynolds no fue co2erente en todos los casos o tomas trabajadas, ya que
e+isti! una contradicci!n en el segundo ensayo, donde el resultado obtenido (4lujo #aminar), no coincide con el observado (4lujo 8ransicional). Por lo tanto se cumpli! el teorema de Reynolds para los tipos de flujos, ya que es solo un ensayo el que tiene inco2erencia, esa indiferencia es obviada al referirse al resultado final en comparaci!n a los otros ensayos (& tomas) que si concordaron. *l determinar la velocidad (
V =Q / A ), se comprob! que mientras el fluido viaje a la
mnima velocidad, el número de Reynolds es muy peque;o, lo que indicará que el tipo de flujo sea laminar, por lo tanto si la velocidad aumenta en gran cantidad, al calcular el número de Reynolds incrementará su valor, indicando que el tipo de flujo al que viaja el fluido 2a cambiado a turbulento. Como era de esperarse, al aumentar la velocidad de flujo se pasa de un régimen laminar
a uno turbulento, y por consecuencia aumenta el número de Reynolds y se observa la formaci!n de v!rtices en la lnea que ilustra el paso del agua compuesta de permanganato de potasio.
>.
RECOMEND7CIONES
/ ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL 8ener un mayor orden en el manejo del equipo y en la toma de mediciones. 5edir la temperatura en el preciso instante en el que el term!metro deja de 2acer
contacto con el fluido, ya que si se espera muc2o tiempo la temperatura cambiará en el contacto con el aire.
?.
7NE9OS Equipo para la demostración de Osborne Reynolds FME06 y anco !idr"ulico FME00.
Anexo
N°
01:
Anexo N° 02: #ontrol
del $olumen del a%ua con ayuda de un cronómetro.
0 ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Anexo N° 03: Medición
de caudal controlando el $olumen para
conocer el tipo de &u'o.
Anexo N° 04: Medición
del a%ua.
de la temperatura