INDICE

INTRODUCCIN21.OBJETIVOS32.MOTIVACIN33.MARCO TEORICO43.1.EL EQUIPO443.2.EL FENOMENO FSICO43.3.HIPOTESIS63.4.MODELO MATEMATICO6-Frmula para calcular la velocidad.6-Frmula para calcular el nmero de Reynolds7.74.DISEO Y REALIZACION DE LA PRCTICA7-Variables y parmetros.74.1.DATOS8-rea de la tubera:8-Viscosidad cinemtica del agua84.2.EQUIPOS Y MATERIALES94.3.DESARROLLO DE LA PRCTICA114.4.MEDICIONES124.5.OBSERVACIONES125.ANLISIS DE DATOS Y RESULTADOS125.1.CLCULOS125.2.GRFICAS126.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES127.BIBLIOGRAFIA12

INTRODUCCIN

Cuando un lquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en lneas paralelas a lo largo del eje del tubo; a este rgimen se le conoce como flujo laminar. Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada velocidad critica, el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este rgimen se le conoce como flujo turbulento. El paso de rgimen laminar a rgimen turbulento no es inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio indefinido que se conoce como rgimen de transicin.

Al inyectar una corriente de violeta de genciana en la tubera transparente que contiene agua, se pueden observar los diversos comportamientos del lquido conforme vara la velocidad

Cuando el fluido se encuentra dentro del rgimen laminar (velocidades bajas), la violeta de genciana aparece como una lnea perfectamente definida, cuando se encuentra dentro de la zona de transicin (velocidades medias), la violeta de genciana se va dispersando a lo largo de la tubera y cuando se encuentra en el rgimen turbulento (velocidades altas) la violeta de genciana se difunde a travs de toda la corriente.

En el presente informe adems de describir el marco terico, incluiremos una gua para elaborar una mquina casera que nos permita calcular el nmero de Reynolds, con el que podremos realizar diferentes pruebas y dar una serie de resultados, observaciones y recomendaciones.

1. OBJETIVOS

-Identificar los regmenes de movimiento de fluido segn observaciones visuales, calculando el nmero de Reynolds y relacionando con lo observado en laboratorio

-Calcular mediciones del nmero de Reynolds para flujos en diferentes condiciones de velocidad

-Relacionar la velocidad y las propiedades fsicas de un fluido, por el que fluye los diversos patrones de flujo.

-Comprender la importancia del nmero de Reynolds en el estudio del comportamiento de flujos.

2. MOTIVACIN

Por motivo de no poder observar directamente el tipo de flujo en una tubera cerrada, siendo de especial importancia para un ingeniero civil el comportamiento de ste, se hace uso del nmero de Reynolds como un punto de partida para determinar las caractersticas de un fluido que fluye a travs de una tubera, a partir de datos y la sustancia ya conocidos en el sistema.

3. MARCO TEORICO

3.1. EL EQUIPO

Para encontrar el significado fsico de tal parmetro adimensional, Reynolds llevo a cabo sus famosos experimentos a travs de tubos de vidrio. Coloco un tubo de vidrio horizontalmente con una vlvula en uno de sus extremos y un tanque de alimentacin en otro. La entrada al tubo tena una forma de campana y su superficie era bastante lisa. Reynolds dispuso, adems, de un sistema para inyectar tinta en forma de corriente sumamente fina en cualquier punto de la entrada al tubo.

3.2. EL FENOMENO FSICO

Numero de Reynolds; es un valor que nos ayuda a identificar la naturaleza de un flujo en una tubera, ya sea laminar, en transicin o turbulento.

Reynolds estudi las caractersticas de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un lquido que flua por una tubera. A velocidades bajas del lquido, el trazador se mueve linealmente en la direccin axial. Sin embargo a mayores velocidades, las lneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa rpidamente despus de su inyeccin en el lquido. El flujo lineal se denomina Laminar y el flujo errtico obtenido a mayores velocidades del lquido se denomina Turbulento.

Las caractersticas que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del lquido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo msico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la por la friccin o fuerzas viscosas dentro del lquido que fluye. Cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen cambios en las caractersticas del flujo. En base a los experimentos realizados por Reynolds en 1874 se concluy que las fuerzas del momento son funcin de la densidad, del dimetro de la tubera y de la velocidad media. Adems, la friccin o fuerza viscosa depende de la viscosidad del lquido. Segn dicho anlisis, el Nmero de Reynolds se defini como la relacin existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).

Este nmero es adimensional y puede utilizarse para definir las caractersticas del flujo dentro de una tubera.

El nmero de Reynolds proporciona una indicacin de la prdida de energa causada por efectos viscosos. Observando la ecuacin anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la prdida de energa, el nmero de Reynolds es pequeo y el flujo se encuentra en el rgimen laminar. Si el Nmero de Reynolds es 2100 o menor el flujo ser laminar. Un nmero de Reynolds mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la prdida de energa y el flujo es turbulento.

FLUJO LAMINAR.- A valores bajos de flujo msico, cuando el flujo del lquido dentro de la tubera es laminar, se utiliza la ecuacin demostrada en clase para calcular el perfil de velocidad (Ecuacin de velocidad en funcin del radio). Estos clculos revelan que el perfil de velocidad es parablico y que la velocidad media del fluido es aproximadamente 0,5 veces la velocidad mxima existente en el centro de la conduccin.

FLUJO DE TRANSICIN.- Entre los estados laminar y turbulento de la corriente, hay un estado mixto o estado de transicin

FLUJO TURBULENTO.- Cuando el flujo msico en una tubera aumenta hasta valores del nmero de Reynolds superiores a 2100 el flujo dentro de la tubera se vuelve errtico y se produce la mezcla transversal del lquido. La intensidad de dicha mezcla aumenta conforme aumenta el nmero de Reynolds desde 4000 hasta 10 000. A valores superiores del Nmero de Reynolds la turbulencia est totalmente desarrollada, de tal manera que el perfil de velocidad es prcticamente plano, siendo la velocidad media del flujo aproximadamente 0.8 veces la velocidad mxima.

3.3. HIPOTESIS

Se pretende por medio de la realizacin de este experimento obtener el nmero de Reynolds, utilizando datos obtenidos experimentalmente, tal como la velocidad, el volumen, el rea de la seccin, entre otros para as comprobar cuando un flujo es laminar, en transicin y turbulento.

3.4. MODELO MATEMATICO

-Frmula para calcular la velocidad.

Donde A es el rea en metros cuadrados (m2), por donde pasa el fluido en la tubera, Q es el flujo volumtrico en metros cbicos sobre segundo (m3/s) y D el dimetro interno de la tubera en metros (m)

-Frmula para calcular el nmero de Reynolds.

; Es la viscosidad cinemtica que en metros cuadrados sobre segundo (m2/s).

Sustituyendo la velocidad en la formula numero 3 obtenemos otra frmula para obtener el nmero de Reynolds.

4. DISEO Y REALIZACION DE LA PRCTICA

-Variables y parmetros.

Para poder obtener el nmero de Reynolds es necesario conocer la velocidad del fluido, esta se calcula con el caudal y el rea de seccin transversal de la tubera.

Habiendo obtenido la velocidad, para poder obtener el nmero de Reynolds hara falta la viscosidad cinemtica, esta se obtiene a partir de tablas donde se busca dependiendo a que temperatura se encuentra el fluido.

4.1. DATOS

-rea de la tubera:

-Viscosidad cinemtica del agua

TEMPERATURA (C)Viscosidad cinemtica (m2/s)TEMPERATURA (C)Viscosidad cinemtica (m2/s)TEMPERATURA (C)Viscosidad cinemtica (m2/s)

01.75x10-6357.22x10-7704.11x10-7

51.52x10-6406.56x10-7753.83x10-7

101.30x10-6456.00x10-7803.60x10-7

151.15x10-6505.48x10-7853.41x10-7

201.02x10-7555.05x10-7903.22x10-7

258.94x10-7604.67x10-7953.04x10-7

308.03x10-7654.39x10-71002.94x10-7

4.2. EQUIPOS Y MATERIALES

-Bidn de plstico de 10l

-Manguera transparente

-Cuchillo

-Arco de sierra

-Vela

-Encendedor

-Varilla metlica

-Silicona lquida

-Niple tipo espiga de 5/8 a 1/2

-Grifo de PVC

-Tefln

-Abrazadera metlica

-Desarmador

-Jeringa medica

-Madera de

-Violeta de genciana

4.3. DESARROLLO DE LA PRCTICA

Se hizo un agujero con apoyo de la varilla calentada y el cuchillo en el bidn, del tamao de la manguera de 5/8.

A continuacin introducimos la manguera en dicho agujero y la fijamos con la ayuda de la silicona lquida tratando de evitar la fuga de agua.

La manguera la conectamos a la espiga de 5/8 a 1/2" y la ajustamos con la abrazadera metlica, a su vez acoplamos el grifo de PVC con la espiga metlica a travs de una unin de 1/2 (utilizamos el tefln para enroscar las uniones evitando la fuga de agua).

Ya acoplado el sistema lo fijamos en la madera.

Teniendo el sistema casi listo inyectamos la jeringa cargada con violeta de genciana al inicio de la manguera, para luego proceder con las respectivas pruebas.

Las se realizaron de la siguiente manera:Cargamos el tanque con agua hasta una altura constante, proveyndola de agua para as no perder la misma altura, abrimos el grifo hasta que no hayan burbujas en la manguera, obtenida la manguera llega de agua sin ninguna burbuja cerramos el grifo.

Abrimos el grifo depositando el agua en un recipiente graduado para poder calcular el volumen de agua, as mismo controlamos el tiempo para un determinado volumen. A su vez vamos inyectando la violeta de genciana para poder observar el tipo de flujo (laminar, en transicin o turbulento).

Le damos al grifo diferentes aberturas, y as realizamos diferentes pruebas, para obtener los diferentes flujos.

4.4. MEDICIONES

4.5. OBSERVACIONES

5. ANLISIS DE DATOS Y RESULTADOS

5.1. CLCULOS

5.2. GRFICAS

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7. BIBLIOGRAFIA