Practica 4. Numero de Reynolds

Instituto Tecnológico De Durango

Ingeniería Química

Laboratorio Integral I

Número de Reynolds

Práctica #4[pic 1]

Lic. Diana Laura Ricalday Venegas

Amador Sierra Sergio                                                                               18041172

Pérez Brayan Eduardo                                                                             18040406

Quiñones Flores Ángel Alonso                                                                 19041545

Sandoval Arteaga Fernando                                                                    19041170

Vazquez Leal Jessica Guadalupe                                                            19040341

Índice

Contenido

a)        Objetivo General        1

b)        Objetivos Específicos        1

c)        Antecedentes        1

d)        Material, Equipo y Sustancias Utilizadas        5

e)        Desarrollo o Procedimiento de la práctica        6

f)        Datos Obtenidos Experimentalmente        11

g)        Fórmulas y Cálculos para la Obtención de Datos        13

h)        Resultados        20

1. Objetivo General

Determinación del número de Reynolds mediante la variación de flujos, laminar y turbulento.

1. Objetivos Específicos

-Reconocer la unidad experimental del número de Reynolds.

-Obtener un flujo laminar y posteriormente un flujo turbulento en el tubo de salida.

-Calcular el número de Reynolds para cada caso

1. Antecedentes

El número de Reynolds es un número adimensional utilizado en la mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Como todo número adimensional es un cociente, una comparación. En este caso, la relación entre los términos convectivo y los términos viscosos de Navier-Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos. El número de Reynolds es un número adimensional que relaciona las propiedades físicas del fluido, su velocidad y la geometría del ducto por el que fluye, está dado por la siguiente fórmula:

        [pic 2]

Donde:

Re: Número de Reynolds. (Adimensional)

D: Diámetro del conducto por el que circula el fluido. (m)

ρ: Densidad del fluido. (kg/m3)

µ: viscosidad dinámica del fluido. (kg/m*s)

v: Velocidad media del fluido. (m/s)

Los flujos con un número de Reynolds grande, típicamente debido a una alta velocidad o a una baja viscosidad, o ambas, tienden a ser turbulentos. Aquellos fluidos que poseen una alta viscosidad y/o que se mueven a bajas velocidades tendrán un número de Reynolds pequeño y como consecuencia tienden a ser laminares.

Para valores de Re ≤ 2100, el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas o capas, que interactúan solo basándose en esfuerzos tangenciales, por eso a este flujo se le llama flujo laminar.

Para valores de 2100 < Re < 4100, la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, es imposible de predecir qué tipo de flujo existe, manteniéndose, sin embargo, delgada. Este régimen se denomina de Zona de Transición o Región Crítica.

Para valores de Re ≥ 4100, después de un pequeño tramo inicial con oscilaciones variables, el flujo se dispersa hasta que adquiera un movimiento de torbellino en el que se forma corrientes cruzadas y remolinos, el colorante tiende a difundirse en todo el flujo. Este régimen es llamado flujo turbulento.

Para el cálculo del gasto volumétrico del fluido o caudal podemos utilizar la siguiente fórmula:[pic 3]

Donde:

V es el volumen en litros o m3

Ɵ es el tiempo en minutos o segundos

Con el dato anterior nos es posible calcular la velocidad del flujo de fluido dentro de la tubería:

[pic 4]

Donde:

V= Velocidad del fluido dentro de la tubería (m/s)

Gv= Gasto volumétrico del fluido dentro de la tubería (m3/s)

A= Sección transversal interna de la tubería (m2/s)

D= Diámetro interior de la tubería (m)

(CRUZ, 2009)

Para las propiedades del agua saturada utilizaremos los siguientes datos proporcionados por el Profesor Carlos Francisco Cruz Fierro:[pic 5]

1. Material, Equipo y Sustancias Utilizadas

Equipos:

-Unidad experimental para determinar el número de Reynolds.

-Cronómetro.

-Termómetro.

-Probeta graduada 1 L

-Equipo de venoclisis

-Barrica

Sustancias:

-Agua

-Permanganato de sodio

1. Desarrollo o Procedimiento de la práctica

Para esta práctica nos dirigimos al laboratorio de Ingeniería Química a las 6:00 PM para la realización de la práctica. Tras recibir las indicaciones empezamos a realizar las primeras mediciones del sistema.

1.- Aproximadamente a las 6:15 PM la maestra nos facilitó un Bernier, un aparato que nos permite medir el diámetro interno de la tubería. Cuya forma de operar es introducir el aparato completamente cerrado dentro de la tubería e irlo abriendo poco a poco hasta que tope con la superficie de la tubería y nos sea posible leer el diámetro, este proceso lo ejecuto el integrante del equipo Fernando Sandoval.

2.- Lo siguiente fue obtener la temperatura de nuestro fluido, esto lo procedo el compañero Sergio Amador haciendo uso del termómetro que nos facilitó la maestra. Este termómetro es un aparato similar a un multímetro que cuenta con una terminal que se coloca en el líquido. Efectuamos este proceso y esperamos a que el aparato se estabilizará y marcará un valor de 17.7 °C.

[pic 6][pic 7]

3.- El sistema para determinar el número de Reynolds consta de 3 partes, de izquierda a derecha. Empezando con el depósito y el regulador de flujo de Permanganato de Sodio. La siguiente parte del sistema es una especie de pecera que conecta el cable de permanganato de sodio con la tubería de 15 mm. En la parte final se encuentra una parte de la tubería, pero fuera del agua, que está conectada a una válvula de ½ pulgada que sirve para regular el flujo.

[pic 8]

4.- Antes de empezar a realizar mediciones abrimos un poco la válvula del agua y dejamos que corriera un poco de permanganato de sodio y agua a través del tubo, esto para liberar él aíre dentro de los tubos y también como una manera de que el equipo se fuera estabilizando, este proceso duró aproximadamente 5 minutos.

[pic 9]

5.- Para realizar nuestras primeras mediciones en flujo laminar reducimos el flujo de la tubería cerrando un poco la válvula y el medidor de permanganato, dejamos que el sistema se estabilizará hasta alcanzar el tipo de flujo deseado, un flujo laminar con una línea recta constante. Para esta primera medición consideramos un flujo de 100 ml  y esperamos a que la probeta alcanzará ese volumen mientras mediamos el tiempo, lo que nos dio una primera medición de 2.16 minutos para un volumen de 100 ml.

[pic 10]

[pic 11]

6.- Al ver que nuestra primera medición requirió un tiempo considerable, para las siguientes mediciones reducimos el volumen a 50 ml.

7.- En la segunda repetición el volumen medido fue de 50 ml y se obtuvo un tiempo de 55.34 segundos.

8.- Para la tercera y última repetición en flujo laminar volvimos a considerar un volumen de 50 ml, el cual se alcanzó en un tiempo de 47.50 segundos.

9.- Procedimos a realizar las mediciones en el flujo de transición, donde abrimos tanto los flujos de agua y permanganato. Buscando que se formará una línea relativamente recta, pero que tuviera cierto grado de turbulencia, o que se separará un poco en varias líneas, cuando conseguimos el flujo esperado lo mantuvimos unos segundos así para ver si se mantenía constante y luego procedimos a medir el primer tiempo, en este caso utilizamos un volumen de 100 ml. Con el que registramos en la primera repetición un tiempo de 13.20 segundos.

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