Reynolds.

RESUMEN.

El número de Reynolds es quizá uno de los números adimensionales más utilizados. La importancia radica en que nos habla del régimen con que fluye un fluido, lo que es fundamental para el estudio del mismo. Si bien la operación unitaria estudiada no resulta particularmente atractiva, el estudio del número de Reynolds y con ello la forma en que fluye es sumamente importantes tanto a nivel experimental, como a nivel industrial. A lo largo de esta práctica se estudia el número de Reynolds, así como los efectos de la velocidad en el régimen de flujo.

OBJETIVOS.

Relacionar la velocidad y las propiedades físicas de un fluido, así como la geometría del ducto por el que fluye con los diversos patrones de flujo, para determinar el número de Reynolds.

INTRODUCCION.

Cuando un líquido fluye en una tubería y la velocidad con la que va es baja, el tipo de flujo de este se puede representar por medio de un esquema de líneas paralelas a lo largo del eje del tubo, a este régimen se le conoce como flujo laminar. Al contrario cuando aumenta la velocidad de fluido y se alcanza una llamada velocidad crítica, cuando las direcciones del fluido adquieren un movimiento de torbellino desordenado formándose corrientes cruzadas, a este régimen se le conoce como flujo turbulento. También existe un régimen llamado de transición, a este se le conoce así porque es el paso intermedio del régimen laminar a turbulento.

MARCO TEORICO.

Numero de Reynolds.

Reynolds estudio las características de flujo de fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluía por una tubería. A velocidades bajas del líquido, el trazador se movía linealmente en dirección axial. Sin embargo a mayores velocidades, las líneas del flujo se desorganizan y el trazador se dispersa rápidamente después de su inyección en el líquido. El flujo lineal se denomina laminar y el flujo desordenado a mayores velocidades del líquido se denomina Turbulento.

Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del fluido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo másico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas 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.

N_Re= (Fuerzas inerciales)/(Fuerzas viscosas)=pDV/γ

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 perdida de energía causada por efectos viscosos. Observando la ecuación 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 régimen laminar, si el número de Reynolds es 2100 o menor se dice que el flujo será laminar. Un número de Reynolds mayor de 10000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la perdida de energía y el flujo es turbulento.

METODOLOGIA.

Experimentalmente se pretende determinar el número de Reynolds, obteniendo datos de velocidad para cada régimen conocido y midiendo constantes como el diámetro de la tubería, con estos datos se comprobara cuando un flujo es laminar, turbulento o en transición.

El equipo con el que se realizara el experimento se muestra en la siguiente figura, consiste básicamente en un tubo de vidrio de 12 mm de diámetro interno, el cual esta soportado en una cubierta altamente resistente. La cubierta es abierta en la parte frontal y permite visualizar fácilmente el flujo en la parte de arriba esta un tanque de cabeza constante, de aquí el agua pasa al tubo de vidrio por una vía especial enmarcada dentro de una campana de desembocadura, que permite un flujo uniforme. El agua entra a la campana, esta llega al tubo regulador de flujo, y se gradúa para cada prueba la válvula de descarga.

Procedimiento:

Se permite la entrada del líquido al equipo abriendo la válvula de descarga.

Con la válvula de entrada se regula la cantidad de agua que ingresara al equipo, se llena hasta el tubo regulador y se procura dejar constante la cantidad de agua para que siempre este a este nivel.

Se abre y se ajusta la válvula del inyector de tinta, si se obtiene un filamento fino de tinta atravesando el fluido observado en el tubo de vidrio, se mide la temperatura y se afora el caudal expulsado volumétricamente. Si no se obtiene un filamento fino de tinta se ajusta los niveles de agua reduciendo la cantidad de agua proporcionalmente con las válvulas de descarga y entrada hasta obtener un régimen laminar.

De nuevo con las válvulas de entrada y descarga se va aumentando la cantidad de agua para que le caudal vaya aumentando cuando se observen perturbaciones al hilo de tinta observado anteriormente, viéndolo en forma de ondas interrumpidas, de nuevo se registra la temperatura y se afora. Este régimen es el conocido como régimen de transición.

Nuevamente se aumenta el flujo con las válvulas y se nivela hasta el tubo regulador hasta observar que la tinta se difunde desordenadamente a través del flujo, cuando esto se observe se mide de nuevo la temperatura y se afora. Este régimen es conocido como régimen turbulento.

RESULTADOS.

Datos obtenidos:

Condición Temp. (oC) Tiempo para recolectar 100 ml (s)

Laminar. 21 17.74

21 18.64

21 18.20

21 17.92

Transición 21 4.18

21 4.86

21 4.12

21 4.90

Turbulento 21 2.10

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