Resumen del mantenimiento al laboratorio “Observación del número de Reynolds”

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UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS

OBSERVACIÓN DEL NÚMERO DE REYNOLDS

CALDERÓN ORTIZ TANIA VALENTINA – CÓD 1114187

PRIETO GAFARO GREIXY SHARAY – CÓD 1114177

RICO ALBARRACIN SHARICK LORENA – CÓD 1114146

MÉCANICA DE FLUIDOS - ING. CHAUSTRE SÁNCHEZ CLAUDIA PATRICIA

SAN JOSÉ DE CÚCUTA, NORTE DE SANTANDER

2023

Resumen del mantenimiento al laboratorio “observación del número de Reynolds”

En el laboratorio se evidencio que el banco de prueba presentaba suciedad y manchas debido al uso excesivo de este cuando se realizan prácticas, ya que se usa tinta de azul de metileno que mancha las partes esenciales del banco de prueba. Para una correcta observación del laboratorio fue necesario hacer una limpieza a fondo de la mayoría de las partes de este, especialmente el canal de ensayo, que es por donde se observa el flujo.

Se desarmó con mucho cuidado de no dañar ningún elemento con ayuda del técnico de laboratorio, se limpiaron cada una de las partes con agua, jabón y cepillo, ya que encontramos que las manchas de la tinta utilizada estaba bastante impregnada en la superficie; luego de tener todo limpio se procedió a ensamblar cada pieza de nuevo, de igual forma hicimos cambio de una manguera la cual estaba algo desgastada, no fue necesario comprarla ya que esta estaba disponible en el laboratorio, solo se hizo el cambio y los arreglos correspondientes.

Objetivo general

• Observar y determinar mediante el banco de prueba HM 150.21 la diferencia entre flujo laminar de transmisión y turbulento, de acuerdo con los conceptos adquiridos en el curso.

Objetivos específicos

• Conocer cualitativamente la diferencia entre flujo laminar y turbulento y

• Apreciar teórica y visualmente el flujo observado

Marco Teórico

En 1883 Osborne Reynolds presenta en su trabajo titulado, “An Experimental Investigation of the Circumstances Which Determine Whether the Motion of Water in Parallel Channels Shall Be Direct or Sinuous and of the Law of Resistance in Parallel Channels”, en este hace referencia al dilema que se presentaba en la época y que se centraba en como poder determinar la causa por la que la resistencia varia como el cuadrado de la velocidad en el agua, que es una masa de remolinos.

Osborne en 1873-74 se dedicó a sus 21 años a el estudio de cómo era el funcionamiento de la hélice de un barco, el habría construido dos modelos con el fin de estudiar su eficiencia impulsiva.

En 1875 Reynolds realizo pruebas en el gobierno del barco, con lo cual concluyo que: “la inversión de la hélice de un navío que avanza a toda marcha reduce mucho su poder de gobierno...; así que, cuando una colisión es inminente, invertir la hélice y utilizar el timón como si el buque respondiera a esa maniobra igual que siempre, es un modo seguro de colisionar” (Osborne Reynolds, 1875)

Para este mismo año lo que más intrigaba a Osborne era la acción de la hélice sobre el agua, por lo cual toma la decisión de inyectar tras la hélice agua con colorante y descubrió un vórtice que allí se formaba y que según Reynolds este jugaba un papel importante, más de lo que se había imaginado, ya que de hecho constituiría la clave para resolver casi en su mayoría los problemas que se presentan en el movimiento interno de los fluidos.

En 22 de febrero de 1880, luego de haber diseñado la estructura necesaria y el montaje para la realización del experimento, se realiza la primera prueba, Osborne y Foster llenaron el canal y lo dejaron en reposo por 4 horas con el fin de lograr que esta se tranquilizara, luego se dio paso a que el agua fluyera muy despacio al mismo tiempo que se inyectaba el tinte

Durante el desarrollo de numerosas pruebas Osborne pudo concluir que había varios factores que influían en el comportamiento interno del movimiento de un flujo como son: la temperatura; la viscosidad que depende de la temperatura y el diámetro de la tubería. Estos numerosos ensayos, que realizaron con sumo cuidado bajo diferentes tipos de condiciones, le permitieron concluir que para un flujo laminar, la resistencia que el conducto ofrece al avance de la corriente no es proporcional al cuadrado de la velocidad, sino a la potencia de exponente.

El estudio Reynolds, determina las características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluye por una tubería. A velocidades bajas del fluido, se ve que el movimiento tiene un carácter laminar. Sin embargo, cuando hay velocidades mayores, el flujo del fluido se desorganiza obteniendo así un flujo turbulento.

Para medir el parámetro se utiliza el número de Reynolds, el cual es un número adimensional para definir las características del flujo dentro de una tubería. También indica la pérdida de energía causada por efectos viscosos (McCabe, 2007).

El número de Reynolds, es una relación adimensional entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas. La importancia de este número, es que por medio de él se definen tres tipos de flujo: laminar, transicional y turbulento. Esto es de mucha utilidad ya que, dependiendo del tipo de flujo, existen diferentes modelos físicos que describen su movimiento.

Reynolds estudio las características de un flujo, mediante la inyección de un trazador (tinta) en el líquido y que estaría fluyendo dentro de una tubería. El comprobó que, a bajas velocidades dentro de la tubería, el trazador se comportaría de manera lineal y en dirección axial.

 Sin embargo, al momento de aumentar las velocidades del fluido, observo que el trazador inyectado se empezaba a dispersar, lo que indicaba que las líneas del flujo se desorganizaban. Por lo tanto, al flujo que corría a bajas velocidades de manera lineal le llamo flujo laminar, y el tipo de flujo que se obtenía a mayores velocidades, el cual era desorganizado en sus líneas de flujo le denomino flujo turbulento.

El flujo laminar se encuentra condicionado por algunas características, las cuales dependen de las propiedades del líquido y las dimensiones del flujo, a medida que se presenta un aumento del flujo, de manera similar pasa con las fuerzas de momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la fuerza de fricción o viscosidad, en el momento en que se logra un equilibrio entre estas fuerzas se dice que este genera un cambio en las características del flujo.

Con base en ensayos experimentales realizados por Osborne Reynolds, han llegado a la conclusión que las fuerzas de momento se encuentran en función de la densidad, diámetro de la tubería y la velocidad.

En todos los flujos existe un valor de un parámetro para el cual se produce la transición del flujo laminar a flujo turbulento, habitualmente denominado número de Reynolds crítico. Generalmente para flujo en tubos se establecen los siguientes valores críticos del número de Reynolds.

El número de Reynolds, está definido como:

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O equivalente a

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Re: Número de Reynolds

𝝆: Densidad (densidad del agua = 1000kg/m³)

V: Velocidad del fluido

D Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema

Μ: Viscosidad dinámica (viscosidad dinámica del agua)

= Viscosidad cinemática del fluido (m²/s)[pic 4]

En todos los flujos existe un valor de un parámetro para el cual se produce la transición del flujo laminar a flujo turbulento, habitualmente denominado número de Reynolds crítico. Generalmente para flujo en tubos se establecen los siguientes valores críticos del número de Reynolds.

• Si Re ˂ 2300, el flujo es laminar

• Entre 2300 ˂ Re ˂ 4000 existe una zona de transición de flujo laminar a turbulento.

• Si Re ˃4000 el flujo es turbulento

Flujo laminar: En flujo laminar las partículas fluidas se mueven en trayectorias paralelas, formando junto de ellas capas o láminas de manera uniforme y regular como cuando se abre un grifo de agua lentamente hasta que el chorro es uniforme, estable y ordenado.

Flujo turbulento: En mecánica de fluidos, se llama flujo o corriente turbulentos al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de esta es impredecible, más precisamente caótica.

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