PRACTICAS DE LABORATORIO Grado de Ingeniería de la Energía Mecánica de Fluidos

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ÍNDICE

1.        Experimento de Reynolds        

Introducción        

Resultados obtenidos        

Gráfica 1: Caudal vs         [pic 4]

Gráfica 2:  Reynolds vs λ        

Conclusión        

2.        Velocidad terminal / sedimentación        

Introducción        

Resultados obtenidos        

Datos Aceite:        

Datos Glicerina:        

Representación η vs ξ        

Conclusión        

3.        Descarga de un depósito        

Introducción        

Resultados obtenidos        

Conclusión        

4.        Pérdidas de carga en una instalación hidráulica        

Introducción        

Resultados obtenidos        

Representación de         [pic 5]

Representación de K frente a Re        

Valor del K promedio        

Conclusión        

Bibliografía        

1. Experimento de Reynolds

Introducción

Cuando entre dos partículas fluidas en movimiento existe un gradiente de velocidad, una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que actúan tangencialmente a la dirección a las velocidades. Estas fuerzas de fricción tratan de introducir un elemento de rotación entre las partículas en movimiento, pero simultáneamente la viscosidad del fluido actúa en sentido contrario tratando de impedirlo. Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir estados de flujo.

Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia debida al movimiento es mayor que la de fricción, y las partículas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca energía. El resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectorias definidas y para el que todas las partículas que pasan por un punto en el campo del flujo siguen la misma trayectoria. Este tipo de flujo fue identificado por Osborne Reynolds y se denomina laminar, queriendo significar con ello que las partículas se desplazan en forma de capas o láminas. Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas vecinas dentro del fluido y estas adquieren una energía de rotación apreciable. La viscosidad pierde su efecto y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras, las partículas chocan entre sí y camban de rumbo de forma errática. Éste tipo de flujo se denomina turbulento.

Sus características principales son:

• Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias definidas
• La acción de la viscosidad es despreciable
• Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable, y se mueven de forma errática chocando unas con otras

Así pues y para resumir la distinción entre los diversos regímenes de flujo, cuando las fuerzas de inercia del fluido en movimiento son muy bajas, la viscosidad es la fuerza dominante y el flujo es laminar, pero si predominan las fuerzas de inercia el flujo es turbulento. Existe un parámetro adimensional que relaciona estos dos casos, el número de Reynolds. Para número de Reynolds bajos el flujo es laminar, y para valores altos el flujo es turbulento.

Por tanto, el objetivo de esta práctica es caracterizar experimentalmente la transición de flujo laminar a turbulento en un conducto. Para ello se han utilizado dos técnicas simultáneas: visualización del flujo y medida de la caída de presión a lo largo del conducto. El montaje es en cierto modo similar al que realizó Osborne Reynolds en su famoso experimento, cuyos resultados se publicaron en 1883.

El esquema del montaje experimental de la práctica se representa en las  figuras 1.1 y 1.2. El conducto horizontal es transparente (de metacrilato) para poder visualizar el flujo en su interior. Tiene una toma de presión al comienzo que permite determinar la caída de presión a lo largo del conducto, desde la entrada hasta la salida, donde la presión es la atmosférica (). El diámetro del conducto es  y su longitud, desde la toma de presión hasta la salida, es de [pic 6][pic 7][pic 8]

Resultados obtenidos

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Tabla de datos 1

La posición inicial del manómetro es de .[pic 12]

Una vez habíamos concluido la toma de datos, realizamos la medición de la temperatura, ya que el sistema llevaba rato funcionando y por tanto había alcanzado una temperatura estable, siendo esta temperatura de 22,6 °C.

A continuación realizamos el cálculo de la densidad y de la viscosidad según las siguientes expresiones semiempíricas:

• Densidad:

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• Viscosidad: Para  y [pic 15][pic 16]

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De los datos obtenidos, podemos observar que nuestro número de Reynolds crítico está en torno a los 2700, siendo este el primer punto en el que comenzamos a visualizar que se producían oscilaciones en el flujo cerca de las paredes del conducto.

Gráfica 1: Caudal vs [pic 19]

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En la gráfica 1 se ha representado el caudal en l/s frente a la diferencia de presión en Pa. Podemos observar los puntos en los que el flujo está dentro del régimen laminar, en los que han comenzado a aparecer oscilaciones en el flujo (puntos de transición) y por último los puntos del régimen turbulento, donde se han observado en el flujo oscilaciones grandes dentro del conducto.

Gráfica 2: Reynolds vs λ

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En la gráfica 2 se han representado los puntos obtenidos  utilizando el coeficiente de fricción de Fanning para cada régimen, por debajo de los 2300 de Reynolds tenemos los de flujo laminar en color azul, a continuación los puntos en transición en color rojo y los puntos en régimen turbulento en color verde.

Observando estos datos obtenidos, podemos comentar que a bajos números de Reynolds, es donde encontramos una mayor fricción y el fluido responde mejor a una corriente de Poiseuille. También podemos observar que la zona de transición queda bien definida. ya que estaría por la zona donde se suaviza la pendiente de régimen laminar y donde se incrementa la de régimen turbulento.

Los siguientes puntos que se han añadido son los modelos experimentales de la Ley de Hagen-Poiseuille para valores del Reynolds por debajo de los 2300, y por tanto este modelo nos sirve para comparar los valores del régimen laminar teórico con los valores obtenidos experimentalmente. Como podemos ver para valores cercanos al Reynolds crítico nos dan los valores más aproximados que para valores de Reynolds pequeño

Por otro lado tenemos el modelo de Blasius el cual nos da la aproximación para Reynolds menores de  y en este caso lo usamos para comparar los valores obtenidos con los valores en régimen turbulento. Y vemos que los valores calculados son todos superiores a los obtenidos, pudiéndose deber a que la fricción generado en nuestro modelo, es menor que la generada en el modelo teórico de Blasius.[pic 22]

Conclusión

Una vez analizados los datos obtenidos y los cálculos podemos decir que los resultados obtenidos son bastantes aproximados a los datos teóricos, ya que se dice que el Reynolds de transición oscila entre los 2300 y los 4000, estando a un lado el régimen laminar y al otro el régimen turbulento, los valores que se han obtenido son cercanos a estos valores, luego pese a los posibles errores humanos que se pudieran haber cometido en la lectura de los datos, se han obtenido unos valores bastante representativos.

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