Mecanica Fluidos

Introducción

El tipo de flujo que representa el desplazamiento de un fluido es importante para los procesos de ingeniería. El tipo de fluido dependerá, entre otras cosas, de la velocidad a la que esté sometido. Así el comportamiento del fluido se divide en dos tipos de flujo: laminar y turbulento.

Se llama flujo laminar cuando el desplazamiento fluido es ordenado y uniforme y no se producen mezclas transversales, formando laminas paralelas que no se mezclan entre sí. Este tipo de flujo se logra cuando la velocidad aplicada es baja.

Se llama flujo turbulento cuando el desplazamiento o movimiento del fluido es de manera desordenada, el flujo como tal desaparece, originando corrientes transversales y torbellinos, en diferentes direcciones. Este tipo de flujo se logra cuando la velocidad aplicada es alta.

En 1883 el profesor Osborne Reynolds experimento la primera diferenciación de los flujos, cuyo experiencia consistió en un sistema mediante un tanque lleno de agua, el cual se sumergió un tubo de vidrio, mediante una válvula, se pudo hacer circular un flujo controlado de esta agua colorada, la que procede de una vasija dispuesta en la parte superior del estanque.

Desde aquí, Reynolds, pudo determinar los ya nombrados comportamientos, laminar y turbulento, los cual puede ser demostrado a través de la magnitud de un numero a dimensional, denominado el N° de Reynolds, el cual si es inferior a 2000, el flujo será Laminar, y si se encuentra entre los rangos 2000-4000, el flujo esta en estado de transición, y una vez superado los 4000, el flujo es turbulento, para esta experiencia se ocupara el siguiente esquema

LAMINAR TURBULENTO

N° Reynolds: 2300

Objetivos

Observar los diferentes regímenes de flujo de escurrimiento que experimenta el fluido y sus periodos de transición.

Determinar cualitativamente el tipo de flujo de un fluido y compararlo con los respectivos valores teóricos.

Obtener una ecuación para calcular el número de Reynolds en función del caudal.

Determinar la velocidad máxima para una serie de datos.

Descripción del Montaje

Instrumentos:

dos estanques.

un tubo de vidrio, de 33.6 mm de diámetro interior

un tubo de pvc

cronómetro

contenedor con válvula

Agua

recipiente graduado en ml

colorante, llave de paso de agua.

En conjunto todas estas piezas componen el equipo en el cual trabajaremos. ( que se observa en la siguiente imagen)

Procedimiento:

Para comenzar con el experimento primero se llena con agua a 14°C uno de los estanques, ubicado en la parte inferior a nivel del suelo. A continuación se activa un interruptor para que el agua contenida en el estanque inferior sea transferida al estanque situado en la parte superior. Con la cantidad de agua en el estanque superior se cierra la válvula del estanque inferior y se abre la llave del agua, de esta manera el líquido fluye a través del tubo de vidrio y desciende por el tubo de PVC. Luego se gira la válvula del contenedor de colorante, el cual baja a través de una manguera que llega al flujo de agua dentro del tubo de vidrio, tiñendo el flujo, permitiendo ver su comportamiento y saber a cual de los tres tipos de flujo que corresponde. El flujo teñido se vierte en un recipiente graduado, registrando cuando el volumen del recipiente es 1000 ml. (variable cte)

Desarrollo Experimental

En la experiencia se logró obtener cinco muestras, con el agua a 14ºC, y un volumen constante de 1000 ml. En la siguiente tabla se detallan los resultados obtenidos.

Primero tomamos los tiempos en llegar a los 0,001 [m³]:

MUESTRAS T (s) Vol. (m³)

1 19,95 0,001

2 19,18 0,001

3 14,79 0,001

4 14,03 0,001

5 13,19 0,001

6 16,56 0,001

7 4,16 0,001

8 1,97 0,001

9 3,55 0,001

10 2,6 0,001

11 3,45 0,001

12 1,84 0,001

Una vez conocido los tiempos, nos da paso para conocer el valor del caudal:

Calculamos el Caudal con la siguiente formula:

Q=volumen/tiempo

Lo que nos da los siguientes resultados:

MUESTRAS Q (m³/S)

1 0,0000501

2 0,0000521

3 0,0000676

4 0,0000713

5 0,0000758

6 0,0000604

7 0,0002404

8 0,0005076

9 0,0002817

10 0,0003846

11 0,0002899

12 0,0005435

Con el dato obtenido del Caudal nos da paso a conocer las velocidades medias de los fluidos, según la siguiente formula:

Velocidad media=Q/A

Primero calculamos el Area de la sección transversal del Tubo:

Como ya se indico el tubo tiene un diámetro interno de 0,0336 m.

Calculamos el area

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