Número de Reynolds laminar y turbulento

VI.  Flujo laminar y Experiencia de Reynolds

VII. Flujo Turbulento

Héctor A. Deudor M. y Cesar J. Rodríguez A.

Escuela de Ingeniería Civil, Universidad Católica Andrés Bello

Laboratorio de Mecánica de Fluidos I

Profesor José M. Gómez M.

2 de junio de 2023

Resumen

El presente informe está ligado a comprender el flujo laminar y turbulento y como estos se relacionan con la experiencia de Reynolds en los conductos circulares. Para ello, se reprodujo un flujo laminar en un sistema de tuberías circulares usando como líquido el aceite el cual se calentó hasta una determinada temperatura indicada más adelante, y con el uso de una romana (balanza) y de los piezómetros de mercurio, se realizaron las lecturas correspondientes de cada piezómetro, una determinada temperatura y peso.

Para la práctica de la experiencia de Reynolds, se observó el comportamiento de las líneas de corriente para los tres tipos de régimen de flujo mediante el uso de una inyectadora con tinta. La ultima practica de flujo turbulento fue realizada con la intención de entender y diferenciar entre los dos tipos de flujos observados, laminar y turbulento, este ultimo se realizó mediante el uso de piezómetros y variando el caudal tres veces, para cada caudal se realizaron cinco veces las lecturas piezométricas mientras se manipulaba el sistema de válvulas (Manifold). Con estas prácticas se quiso definir la distribución de velocidades y entender en que régimen de flujo estamos para cada practica realizada.

Índice

Flujo Laminar y Experiencia de Reynolds        1

Planteamiento del problema        1

Antecedentes        2

Objetivos        3

Alcance        4

Marco teórico        5

Numero de Reynolds        5

Flujo laminar        9

Flujo turbulento        10

Marco metodológico        12

Cálculos        21

Análisis de Resultados        29

Conclusiones y Recomendaciones        30

Referencias Bibliográficas        31

Índice de Figuras

Figura 1. Aparato de Reynolds................................................................................................6

Figura 2. Flujo horizontal interpuesto con un cuerpo agudo..................................................8

Figura 3. Flujo horizontal uniforme en un conducto...............................................................9

Figura 4. Línea piezométrica Distancia vs Altura Piezométrica...........................................23

Figura 5. Distribución de velocidades...................................................................................24

Figura 6. Gráfica de Velocidad vs (ro2-r2)...........................................................................25

Figura 7. Línea piezométrica del primer caudal medido.......................................................28

Figura 8. Distribución de velocidades en escala natural.......................................................28

Índice de Tablas

Tabla 1. Datos obtenidos en el laboratorio para la práctica..................................................10

Tabla 2. Lecturas piezométricas............................................................................................10

Tabla 3. Resultados obtenidos de Caudal, Peso Específico, Volumen, Velocidad, Reynolds. ...............................................................................................................................................11

Tabla 4. Línea de altura total y altura piezométrica para cada diferentes radios de la tubería ...............................................................................................................................................12

Tabla 5. Cálculo de k, r2 y velocidad....................................................................................13

Tabla 6. Altura piezométrica en cm Hg y en metros de agua................................................14

Tabla 7. Datos obtenidos en el laboratorio para cinco caudales, cinco mediciones..............15

Tabla 8. Altura del vertedero triangular con sus correcciones y temperatura del agua.........16

Tabla 9. Cálculo de Parámetros.............................................................................................16

Flujo Laminar y Experiencia de Reynolds

Flujo Turbulento

Planteamiento del problema

Flujo Laminar y Experiencia de Reynolds

En la ingeniería civil y la rama de la hidráulica, es importante entender el comportamiento de un flujo laminar y las condiciones necesarias para su aplicación, aunque este tipo de flujo no está muy presente en la vida cotidiana se puede observar en diferentes alimentos por ejemplo, salsa de tomate y miel, este tipo de flujo se puede estudiar teniendo en cuenta que es necesario comprender los factores que generan un flujo laminar como lo son la velocidad, densidad y viscosidad del fluido, además de la geometría del canal por donde fluye; para evidenciar en que régimen de flujo estamos además de la comprobación experimental, también existe el número de Reynolds el cual nos permite clasificar los fluidos según el valor obtenido, este calculo está relacionado con las fuerzas de inercia y viscosas del flujo.

Flujo Turbulento

Este tipo de flujo a diferencia del laminar, es el más abundante en la vida cotidiana, como puede ser al abrir la llave del grifo, la llave de la regadera, se evidencia que el flujo se comporta de manera desordenada a una velocidad alta, algunas de sus aplicaciones que se le dan a este flujo son para turbo maquinaria, reactores químicos, flujo en tuberías, acueductos y redes de distribución, por eso la importancia de entender las propiedades de este flujo como es el cambio de velocidad con respecto a uno laminar.

Antecedentes

Flujo laminar y Experiencia de Reynolds

        Delfín, K. Mendoza, G. Tito, L. Torres, J. (2017) en la Universidad Alas Peruanas realizaron una practica acerca de flujo laminar y turbulento la cual tuvo como objetivos conocer las diferencias que existe entre flujo laminar y turbulento, observar los diferentes comportamientos de ambos flujos, el resultado que obtuvieron fue que el flujo turbulento logra desarrollarse a una longitud menor que la de un flujo laminar, comprobaron experimentalmente el comportamiento de los tipos de flujos con distintas velocidades y calculando el número de Reynolds para cada variación.

        Curo, J. Gutierrez, A. Cacerez, Y. Cardenas, R. Sosa, J. Salvatierra, J. Huamani, Y. Espinoza, L (2018) en la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga realizaron una practica acerca del número de Reynolds la cual tiene como objetivo visualizar los flujos en diferentes regímenes y obtener los valores numéricos de Reynold, caudal y velocidad del líquido. El resultado que obtuvieron fue para el régimen laminar las partículas se desplazan pero no rotan y si lo haces es con poca energía, las partículas que pasa por un punto en el flujo siguen la misma trayectoria.

Flujo Turbulento

Benavidez, J. Cueva, E. Oblitas, E. Tantalean, R. Tapia, C. Vasquez, C. (2017) realizaron en la Universidad Nacional Autónoma de Chota, una práctica acerca de visualización de flujo laminar, turbulento y transición, cuyos objetivos fueron observar las diferencias en el comportamiento de la velocidad para flujos laminares y turbulentos e identificar los valores limites del número de Reynolds. Los resultados que obtuvieron fue para flujo laminar y turbulento un Reynolds de 570 y 7190 respectivamente.

        Objetivos

Los objetivos establecidos e interpretados para esta práctica son los siguientes.

        Flujo Laminar

        Objetivo general:

Interpretar el flujo laminar en tuberías circulares.

        Objetivos específicos:

• Definir el caudal que pasa por el sistema.
• Comprender la perdida de energía en el sistema.
• Describir la distribución de velocidades dentro del sistema de tuberías.

Experiencia de Reynolds

Objetivo general:

Establecer las características del flujo laminar y turbulento en el aparato de Reynolds.

        Objetivos específicos:

• Distinguir entre flujo laminar y turbulento mediante el uso del aparato de Reynolds.

Flujo Turbulento

Objetivo general:

Describir el flujo turbulento en tuberías circulares.

Objetivos específicos:

• Reconocer el caudal que fluye por el sistema de tuberías.
• Examinar experimentalmente la teoría de Karman-Prandtl.
• Establecer las características de la distribución de velocidades para el flujo turbulento.

Alcance

El propósito de este informe es identificar e interpretar correctamente el flujo para poder manejar estos conceptos correctamente y lograr un análisis matemático adecuado, reconocemos el flujo laminar y su pérdida de energía en canales circulares y el comportamiento del flujo laminar y turbulento en el aparato de Reynolds.

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