Con el siguiente experimento lo que se pretende es poder observar los tipos de regímenes de flujo conocidos, tales como el régimen laminar, de transición y el turbulento, para ello se tuvo que diseñar un dispositivo para dicha demostración.
Determinacin del nmero de Reynolds en los diferentes regmenes
laminar, transicin y turbulentoS. Cabrera, Universidad Nacional de
Loja (UNL), Loja - Ecuador
[footnoteRef:1] [1: Sandra Cabrera, Universidad Nacional de Loja
(UNL), Loja Ecuador]
RESUMENCon el siguiente experimento lo que se pretende es poder
observar los tipos de regmenes de flujo conocidos, tales como el
rgimen laminar, de transicin y el turbulento, para ello se tuvo que
disear un dispositivo para dicha demostracin. En cuando a los
resultados obtenidos se puede decir que el nmero de Reynolds no se
cumple con los valores estndar establecidos, nicamente el que se lo
puede considerar aceptable es en cuanto al rgimen laminar ya que
este considera nmeros de Reynolds menores a 2000 y en este caso se
logr determinar un valor de 139.16. Pero en cuando a los otros
tipos no se llega al rango considerado para cada rgimen
conocido
Palabras clave: rgimen laminar, transicin, turbulencia, nmero de
Reynolds.
I. INTRODUCCINEl nmero de Reynolds (Re) es un nmero adimensional
utilizado en mecnica de fluidos, diseo de reactores y fenmenos de
transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. El nmero
de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensin
tpica de un flujo en una expresin adimensional, que interviene en
numerosos problemas de dinmica de fluidos. Dicho nmero o combinacin
adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de
que el flujo pueda considerarse laminar (nmero de Reynolds pequeo)
o turbulento (nmero de Reynolds grande).Para un fluido que circula
por el interior de una tubera circular recta (1), el nmero de
Reynolds viene dado por: (1) o equivalentemente por (1.1) :
(1.1)Dnde:: Densidad del fluido: Velocidad caracterstica del
fluido: Dimetro de la tubera a travs de la cual circula el fluido o
longitud caracterstica del sistema: Viscosidad dinmica del fluido:
Viscosidad cinemtica del fluido (2) (2)Como todo nmero adimensional
es un cociente, una comparacin. En este caso es la relacin entre
los trminos convectivos y los trminos viscosos de las ecuaciones de
Navier-Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos.Adems el
nmero de Reynolds permite predecir el carcter turbulento o laminar
en ciertos casos.En conductos o tuberas (en otros sistemas, vara el
Reynolds lmite):Si el nmero de Reynolds es menor de 2100 el flujo
ser laminar y si es mayor de 3000 el flujo ser turbulento. El
mecanismo y muchas de las razones por las cuales un flujo es
laminar o turbulento es todava hoy objeto de especulacin.Segn otros
autores:Para valores de (para flujo interno en tuberas circulares)
el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera
formado por lminas delgadas, que interactan slo en funcin de los
esfuerzos tangenciales existentes. Por eso a este flujo se le llama
flujo laminar. El colorante introducido en el flujo se mueve
siguiendo una delgada lnea paralela a las paredes del tubo.Para
valores de (para flujo interno en tuberas circulares) la lnea del
colorante pierde estabilidad formando pequeas ondulaciones
variables en el tiempo, mantenindose sin embargo delgada. Este
rgimen se denomina de transicin.Para valores de, (para flujo
interno en tuberas circulares) despus de un pequeo tramo inicial
con oscilaciones variables, el colorante tiende a difundirse en
todo el flujo. Este rgimen es llamado turbulento, es decir
caracterizado por un movimiento desordenado, no estacionario y
tridimensional. [1] [2]
II. METODOLOGALa metodologa utilizada para la realizacin de este
ensayo fue que primeramente se arm un dispositivo en el cual se
pueda comprobar los tres tipo de rgimen de flujo, para ello se tom
un recipiente cilndrico en este caso un balde de plstico al cual se
le adapto una manguera de 1.4 cm2 de dimetro a la cual tambin se le
instalo una llave, y esto se ubic en la parte inferior del
recipiente donde se considera como la salida del flujo, mientras
que en la parte superior se le procedi hacer un pequeo orificio
para que por all sea la escapada del fluido, as mismo se utiliz un
accesorio de un suero para que por medio de la manguera a la cual
se le adapta una aguja y esta a su vez se la conecta a la otra
manguera de 1.4 cm2 de dimetro para que cuando se le coloque el
colorante a la manguera del suero, este salga a travs de la otra
manguera que conduce la salida del fluido, el colorante utilizado
en este caso es azul de metileno; as mismo durante en experimento
se le estuvo agregando agua al dispositivo por medio de una
manguera conectada a un grifo de agua para que as mantenga un nivel
constante. Una vez ya listo el dispositivo procedemos a demostrar
los diferentes tipos de regmenes, primero el rgimen laminar el cual
se observa que el colorante circula por la manguera instalada para
la salida del fluido junto con la llave, pero aqu la velocidad del
agua en circular es baja porque si se le aumenta esta va a cambiar
de rgimen. Para poder calcular el caudal se lo hizo con los datos
tomados en un periodo de tiempo, es decir con el volumen de agua
recogido por cada tipo de rgimen en cierto tiempo.III. RESULTADOS Y
DISCUSINDel ensayo realizado se tuvo los siguientes resultados:
Fig. 1. Dispositivo utilizado para la comprobacin de los regmenes
de flujo
Tabla I.Datos de tiempo y volumen, tomados en cada rgimen de
flujoTipo de rgimenTiempoVolumen
Rgimen laminar4.37 min 262.2 s400ml 4*10-4 m3
Rgimen de transicin 1.50 min. 90 s500ml 5 *10-4 m3
Rgimen turbulento41.36 s500ml 5 *10-4 m3
Dimetro = 1.4 cm 0.014mSeccin = 1.54 cm2 1.54*10-4Viscosidad=
0.01 cm2/s 1*10-6 m2/s1 litro= 1 decmetro cubico
REGIMEN LAMINAR:
Fig. 2. Utilizacin del dispositivo, determinando el rgimen
laminar del fluido
Caudal
Velocidad
Numero de Reynolds
Fig. 3. Volumen de agua de 400 ml recogidos durante el rgimen
laminar.
Para la determinacin del caudal, se lo realizo a travs de los
datos obtenidos al momento que se recolecto un volumen de agua en
determinado tiempo, en este caso se utiliz un volumen de 400ml el
cual se le recolecto en 262.2 segundos. La velocidad es calculada a
travs de la frmula del caudal, con que se pudo determinar un valor
de , esta velocidad comparada con la de los otros regmenes es mucho
menor ya que cuando se estaba realizando dicho experimento
nicamente la llave que permita la salida del flujo dejaba salir una
poca cantidad del lquido, ya que si le aumentaba esta velocidad
cambiaba el tipo de rgimen a transicin o a turbulencia.En cuanto a
lo que se pretende determinar el clculo del nmero de Reynolds, en
lo que corresponde al rgimen laminar se pudo determinar un valor de
139.16; lo cual se estara comprobando que verdaderamente
corresponde a este tipo de rgimen, ya que lo dicho en teora este
tipo de rgimen esta entre los valores menores o iguales a 2000, y
segn otros autores lo consideran con valores Re menores o iguales
de Re 2100.
REGIMEN DE TRANSICIN:
Fig. 4. Dispositivo utilizado para la comprobacin del rgimen de
transicin
Caudal
Velocidad
Numero de Reynolds
Fig. 5. Volumen de agua de 500 ml recogidos durante el rgimen de
transicin
En cuanto a la demostracin de este tipo de rgimen, al igual que
en el caso anterior se realizan los mismos clculos, aqu lo que vara
es la velocidad de salida del fluido, ya que en este se le aumenta
para la comprobacin de dicho rgimen En lo que corresponde al nmero
de Reynolds se puede decir que se ha logrado determinar un valor
muy bajo ya que el rango de este tipo de rgimen consta entre los
2000 a 2400, por lo hasta el momento se desconocen los factores que
influyan en los resultados obtenidos.
RGIMEN TURBULENTO:
Fig. 6. Regimen de turbulencia y recogiendo el volumen del agua
de 500m Fig. 7. Rgimen de turbulencia y el volumen de agua
recolectado durante su demostracin del dicho regimen.
Caudal
Velocidad
Numero de Reynolds
Con respecto a este tipo de rgimen, fue el ms fcil de comprobar
ya que nicamente al aumentar la velocidad de salida del fluido se
pudo observar como el colorante con el fluido se mesclaba ocupando
todo el dimetro de la manguera de la salida del fluido.Se llaga a
obtener un numero de Reynolds igual a 1106, este valor es muy alto
comparado con los determinados anteriormente, pero igualmente este
no cumple con el rango establecido de Re mayores a 2400.
IV. CONCLUSIONESDe los datos obtenidos, se puede concluir
que:Segn los valores estndar establecidos, los datos obtenidos
correspondientes al nmero de Reynolds son muy bajos que no llegan a
cumplir con el rango correspondiente en cada tipo de rgimen.As
mismo se puede decir que en cuando a la velocidad de cada rgimen,
la ms baja es la del rgimen laminar, ya que esta solo permita la
salida del fluyo en una pequea cantidad.
V. REFERENCIAS[1] Carmona, Anbal Isidoro (2004). Nmero de
Reynolds. Aerodinmica y actuaciones del avin. Thomson Paraninfo.
[2] Chow, Ven Te (1982). Hidrulica de los canales abiertos.
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