Instituto Tecnológico de Mexicali

Ing. Química

Laboratorio Integral I

Reporte

Practica # 3

Obtención de No. De Reynolds.

Alumnos:

Acosta Orozco Amanda Paulina.

Alonso Zavala Sthefanie Cecilia.

Prof. Norman Edilberto Rivera Pazos

Mexicali BC a 12 de Febrero de 2010.

Índice

Pág.

1.- Objetivo……………………………………… 3

2.- Motivación…………………………………… 3

3.- Material y Equipo…………………………… 3

4.- No. de Reynolds……………………………. 4

5.- Modelo Matemático………………………... 5

6.- Diseño de la practica………………………. 6

7.- Variables y Parámetros……………………. 6

8.- Hoja de Calculo……………………………... 7

9.- Conclusión…………………………………... 8

2

1.- Objetivo

Entender la utilidad del No. de Reynolds en el estudio de flujo de fluidos obteniendo distintas mediciones.

2.- Motivación

Es de gran utilidad para el Ing. Químico tener conocimientos sobre el no. de Reynolds ya que nos ayuda a determinar el movimiento de un flujo en el interior de una tubería. A demás nos ayuda a determinar la velocidad critica que nos permitirá saber si el flujo es laminar o turbulento.

3.- Material y Equipo.

Mesa hidrodinámica (hydrodynamics trainer with pc-data acquisition – Gunt Hamburg HM112)

3

4.- No. de Reynolds

Reynolds (1874) estudió las características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluía por una tubería. A velocidades bajas del líquido, el trazador se mueve linealmente en la dirección axial. Sin embargo a mayores velocidades, las líneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa rápidamente  después de su inyección en el líquido. El flujo lineal se denomina Laminar y el flujo errático obtenido a mayores velocidades del líquido se denomina Turbulento.

Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del líquido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo másico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la por la fricción o fuerzas viscosas dentro del líquido que fluye. Cuando estas  fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen cambios en las características del flujo. En base a los experimentos realizados por Reynolds en 1874 se concluyó que las fuerzas del momento son función de la densidad, del diámetro de la tubería y de la velocidad media. Además, la fricción o fuerza viscosa depende de la viscosidad del líquido. Según dicho análisis, el Número de Reynolds se definió como la relación existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).

donde V es la velocidad del fluido, D es el diámetro interno de la tubería, ρ es la densidad del fluido, μ es la viscosidad del fluido.

Este número es adimensional y puede utilizarse para definir las características del flujo dentro de una tubería.El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida de energía causada por efectos viscosos. Observando la ecuación

4

anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la pérdida de energía, el número de Reynolds es pequeño y el flujo se encuentra en el régimen laminar. Si el Número de Reynolds es 2100 o menor el flujo será laminar. Un número de Reynolds  mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento.

Flujo laminar

A valores bajos de flujo másico, cuando el flujo del líquido dentro de la tubería es laminar, se utiliza la ecuación demostrada en clase para calcular el perfil de velocidad (Ecuación de velocidad en función del radio). Estos cálculos revelan que el perfil de velocidad es parabólico y que la velocidad media del fluido es aproximadamente 0,5 veces la velocidad máxima existente en el centro de la conducción 

Flujo turbulento.

Cuando el flujo másico en una tubería aumenta hasta valores del número de Reynolds superiores a 2100  el flujo dentro de la tubería se vuelve errático y se produce la mezcla transversal del líquido. La intensidad de dicha mezcla aumenta conforme aumenta el número de Reynolds  desde 4000 hasta 10 000. A valores superiores del Número de Reynolds la turbulencia está totalmente desarrollada, de tal manera que el perfil de velocidad es prácticamente plano, siendo la velocidad media del flujo aproximadamente  0.8 veces la velocidad máxima.

5.- Modelo Matemático.

ó

Pero

y sustituir en Re

5

6.- Diseño de la práctica.

a) Conectar las mangueras en los extremos del tubo que tiene un diámetro de 32mm y 29mm.

b) Revisar la temperatura.

c) Encender la mesa hidrodinámica Gunt Hamburg, se abre la válvula, esto es con la finalidad de que no se altere la lectura.

d) Ya purgada la mesa se cierra la válvula para poder calibrar a cero.

e) Abrir la valvula solo un poco y tomar la lectura.

f) Abrir la valvula poco a poco tratando de dar un intervalo de dos realizando 10 mediciones.

g) Desconectar las mangueras y conectarlas e la tubería siguiente que tiene un diámetro de 20mm externo y 17mm interno.

h) Repetir los pasos anteriores.

7.- Variables y parámetros.

Temperatura: 17.5 °C Viscosidad cinemática del agua dependiendo de la temperatura

a 17.5: 1.067

El flujo del agua se debe convertir de L/min a m3/s.

8.- Hoja de Calculo.

Usando la siguiente formula se calculan los datos de la tabla:

6

1er tubería

D interno= 29mm = 0.029m

Q Q(L/min) Q m3/s Re1 21.4 0.00035738 14705.402982 19.3 0.00032231 13262.349423 17.2 0.00028724 11819.295854 15.4 0.00025718 10582.39285 13.5 0.00022545 9276.7729096 11.5 0.00019205 7902.4361817 9.6 0.00016032 6596.8162918 7.6 0.00012692 5222.4795639 5.4 0.00009018 3710.709163

10 3.7 0.00006179 2542.522945

2da tubería

D interno=17mm = 0.017

Lectura Q (L/min) Q (m3/s) Re1 21.5 0.00035905 25202.910282 19.4 0.00032398 22741.230673 17.5 0.00029225 20513.996744 15.3 0.00025551 17935.09429

7

5 13.2 0.00022044 15473.414686 11.5 0.00019205 13480.626437 9.6 0.00016032 11253.39258 7.3 0.00012191 8557.267219 5.5 0.00009185 6447.256117

10 3.5 0.00005845 4102.799347

9.- Conclusión:

En la práctica se observo que al manipular la válvula abriéndola poco a poco pudimos controlar el flujo y así analizar su comportamiento. Como ya se menciono anteriormente el no. de Reynolds nos es de gran ayuda para determinar el movimiento de un flujo en el interior de una tubería.

 

8