Instituto TecnológicoDe Mexicali

Ing. Química

Laboratorio integral I

Ramírez Medina Miriam.

Practica # 2

Flujo laminar y turbulentoNumero de Reynolds

Objetivos.

Comprobar los cambios en número de Reynolds al modificar sus variables. Identificar los tipos de flujos (laminar y turbulento) mediante la

experimentación y comprobar los resultados utilizando el número de Reynolds

Introducción.

Cuando entre dos partículas en movimiento existen gradientes de velocidad, ósea que una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que actúan tangencialmente a las mismas.

Las fuerzas de fricción tratan de introducir rotaciones entre las partículas en movimiento, pero simultáneamente la viscosidad trata de impedir la rotación. Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes estados de flujo.

Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inerciales mayor que la de fricción, 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 todas las partículas que pasan ´por un punto en el campo de flujo siguen la misma.

Marco teórico.

Flujo:

Estudio del movimiento de un fluido. En el estudio de dicho movimiento se involucran las leyes de la física, las propiedades del fluido y características del medio ambiente o conducto por el cual fluye.

Clasificación del flujo:

Se puede clasificar de muchas maneras, atendiendo al cambio y dirección que sufren las partículas debido al espacio recorrido, al cambio de velocidad, dirección y posición de las partículas respecto al tiempo. Así un flujo puede ser laminar o turbulento.

Flujo laminar:

Es aquel en el que el movimiento de las partículas tiene solamente el sentido y dirección del movimiento principal del fluido. Se puede presentar en un conducto cerrado Trabajando a presión (tubería), en un conducto abierto (canal).

Flujo turbulento:

Es aquel fluido en el que las partículas del fluido tienen desplazamiento en sentidos diferentes al del movimiento principal del fluido. Se pueden representar en el mismo tipo de conducto referido al régimen laminar.

En este tipo de flujo al moverse las partículas con movimiento errático tienen como consecuencia el que se presenten colisiones entre ellas, y esto genera cambios en la cantidad de movimiento, que se manifiestan como perdida de energía.

El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos.

Reynolds:

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande).

Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de Reynolds viene dado por:

Donde:

: Velocidad característica del fluido: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud

característica del sistema: Viscosidad cinemática del fluido

Flujo laminar y turbulento.

Día #1

Materia:

Botella (600ml) Jeringa (5ml) Manguera Cronómetro Probeta (1L) Vernier

Agua Tinta Navaja de doble filo.

Procedimiento.

1.- Cortar la base de la botella.

2.- Llenar la botella por medio del agua de la llave.

3.- Abrir un poco para observar un flujo laminar.

4.- Medir el tiempo desde, la primera gota hasta que llegue a un volumen de 100ml.

5.- Abre por completo para tener un flujo turbulento.

6.- Coloca tinta en la jeringa e insértala en la manguera lo más cercano a la entrada del líquido para observar el flujo.

Nota: Con ayuda del vernier, toma el diámetro de la manguera.

Numero de Reynolds.

Laminar:

Datos: Formulas:

D= 0.74cm A= π D2

4

V=100ml. ˙

v̇=Vt

µ=8.6×10−7m2/s Rey=v̇ DAV

T= 26°C

T=2:36.45

Conversiones:

100ml x 1< ¿1000ml

x1m3

1000<¿=1x 10−04m3¿¿

D=0.74cm x 1m100 cm

=0.0074m

Cálculos:

A=π ¿¿

v̇=1 x10−04m3

156.45 s=6.39 x 10−07m

s

Resultado:

Nrey=(6.39 x10−07m

s)(0.0074m)

(4.30 x10−05m2)(8.6 x10−7m2

s)=127.86

Turbulento.

Datos: Formulas:

D= 0.74cm A= π D2

4

V=100ml. ˙

v̇=Vt

µ=8.6×10−7m2/s Rey=v̇ DAV

T= 26°C

T=8.88

Conversiones:

100ml x 1< ¿1000ml

x1m3

1000<¿=1x 10−04m3¿¿

D=0.74cm x 1m100 cm

=0.0074m

Cálculos:

A=π ¿¿

v̇=1 x10−04m3

8.88 s=1.12 x10−05m

s

Resultado:

Nrey=(1.12 x10−05m

s)(0.0074m)

(4.30 x10−05m2)(8.6 x10−7m2

s)=2,241.21

Conclusión.

El flujo será laminar y turbulento a simple vista mientras que Reynolds es un flujo turbulento.

Flujo laminar y turbulento. Día #2

Material:

1 jeringa sin auja de 5ml. Vaso de precipitado 500ml. Agua Cronometró

Procedimiento.

1.- Colocar en el vaso de precipitado una cantidad considerable de agua.

2.- Colocar la tinta en la jeringa hasta la marca de 5 ml.

3.- Tomar el tiempo que tarde dicha jeringa en vaciarse.

4.- Observa el flujo.

Laminar turbulento

Numero de Reynolds

Datos: formulas:

V=5ml=5×10−6m3 v=v̇A

D=2mm=2×10−3m v̇=Vt

μH 2O 1=3.5×10−7m2/s A=π D

2

4

μH 2O 2=8.94×10−7m2/ s

μglic=7.63×10−4m2/ s

μac=4.02×10−7m2/s

v̇=FlujoVolumetricov=velocidad

N. de pruebas N. de pruebas1 12 23 34 4

Promedio: Promedio:

N. de pruebas N. de pruebas1 12 23 34 4

Promedio: Promedio:

Tiempo de descarga (seg)5.274.49

7.69

AguaTemperatura a 25°

Tiempo de descarga (seg)6.826.117.427.02

AguaTemperatura a 82°

Tiempo de descarga (seg)7.936.857.41

Glicerina

6.84

5.36

7.47

4.64

4.814.84

Acetona Temperatura a 26°

Tiempo de descarga (seg)5.065.275.835.29

Temperatura a 27°

Agua a 82°C

N ℜ=4 (5×10−6m3 )

π (2×10−3m ) (3.5×10−7m2/s ) (7.47 s )=1217.47

Agua a 25°C

N ℜ=4 (5×10−6m3 )

π (2×10−3m ) (8.94×10−7m2/ s) (6.84 s )=520.54

Glicerina

N ℜ=4 (5×10−6m3 )

π (2×10−3m ) (7.63×10−4m2/ s) (4.81 s)=0.87

Acetona

N ℜ=4 (5×10−6m3 )

π (2×10−3m ) (4.02×10−7m2/ s) (5.36 s )=1477.26

Cálculos y Resultados.

Para conocer el diámetro de la jeringa sin aguja se utiliza una moneda de $10 aplicando teorema de tales se les toma un fotografía ambos ampliando la imagen se toma el diámetro de la imagen y el real.

Datos: conversiones:

Dmr=2.7cm 2.7cm1m100cm

=0.027m

Dmi=11.7 cm 11.7cm1m100cm

=0.117m

D ji=.2cm .2cm1m100cm

=0.002m

Teorema de tales:

Objeto Imagen (m ) Real (m)Monda 0.117 0.027Jeringa 0.002 ܦ

D jr=(0.002m)(0.027m)

0.117m=4.61x 10−04m

Tiempo 1.7 seg.

Datos: Formulas:

D= 4.61x10−04m A= π D2

4

V=5ml. ˙

v̇=Vt

µ=8.6×10−7m2/s Rey=v̇ DAV

T=1.7

Conversiones:

5ml x1< ¿1000ml

x1m3

1000<¿=5x 10−06m3¿¿

Cálculos:

A=π ¿¿

v̇=5 x 10−06m3

1.7 s=2.94 x10−06m

s

Resultado:

Nrey=(2.94 x10−06m

s)(4.61x 10−04m)

(1.66x 10−07m2)(8.6 x 10−7 m2

s)=9,493.83

Turbulento

Tiempo 22.19 seg.

Datos: Formulas:

D= 4.61x10−04m A= π D2

4

V=5ml. ˙

v̇=Vt

µ=8.6×10−7m2/s Rey=v̇ DAV

T=22.19

Conversiones:

5ml x1< ¿1000ml

x1m3

1000<¿=5x 10−06m3¿¿

Cálculos:

A=π ¿¿

v̇=5 x 10−06m3

22.19 s=2.25 x 10−07m

s

Resultado:

Nrey=(2.25 x10−07m

s)(4.61 x10−04m)

(1.66 x 10−07m2)(8.6 x 10−7 m2

s)=726.56

Laminar

Conclusión:

En el primer día pudimos observar los cambios cuando modificábamos el diámetro y su viscosidad y era ovio que cuando modificáramos estas dos variables también se modificaría la velocidad y por asta razón también Reynolds estuvimos jugando con estos dos factores para cambiar Reynolds. Cuando observábamos un flujo laminar por la manguera o por el vaso se observaba como un hilo algo demasiado ligero y fino mientras que en uno turbulento en cuanto salía de la jeringa se difuminaba.

Anexos

Tabla: Viscosidad cinemática del agua

Tabla: viscosidad cinemática de la glicerina y acetona

Referencias:

Dinámica de fluidos (capitulo 3) Mecánica de fluidos (MOTT ROBERT)