1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXICALI INGENIERIA QUIMICA AMBIENTAL LABORATORIO INTEGRAL I PRACTICA No. 3 “Obtención numero de Reynolds” Integrantes del equipo: Ambriz Medina Brianda Indira Romero Parra Manuel de Jesus Profesor: Norman Edilberto Rivera Pasos MEXICALI, B.C., 12 DE FEBRERO 2010 INDICE INTRODUCCION………………………………………………………………………3 OBJETIVOS……………………………………………………………………………..4 MARCO DE REFERENCIA...……………………………………………….…..4, 5 y 6 HIPOTESIS………………………………………………………………………………6 MODELO MATEMATICO……………………………………………………………….6 EQUIPO Y MATERIAL….……………………………………………………………….7 PROCEDIMIENTO……………………………………………………………………….8 CALCULOS Y RESULTADOS...……………………………………………..……9 y 10 GRAFICAS………………………………………………………………………….……11 CONCLUSIONES……………………………………………………………………….12 REFERENCIAS………………….………………………………………………………12 INTRODUCCION Reynolds (1874) estudió las características de flujo de los fluidos. Cuando un líquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en líneas paralelas a lo largo del eje del tubo; a este régimen se le conoce como flujo laminar. Conforme aumenta la velocidad y se alcanza la llamada velocidad crítica, el flujo se dispersa hasta que adquiere un movimiento de torbellino en el que se forman corrientes cruzadas y remolinos; a este régimen se le conoce como flujo turbulento, El paso de régimen laminar a turbulento no es inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio indefinido que se conoce como régimen de transición. Si se inyecta una corriente muy fina de algún liquido colorido en una tubería transparente que contiene otro fluido incoloro, se pueden observar los diversos comportamientos del liquido conforme varia la velocidad Cuando el fluido se encuentra dentro del régimen laminar (velocidades bajas), el colorante aparece como una línea perfectamente definida, cuando se encuentra dentro de la zona de transición (velocidades medias), el colorante se va dispersando a lo largo de la tubería y cuando se encuentra en el régimen turbulento (velocidades altas) el colorante se difunde a través de toda la corriente. Para el flujo laminar, la curva de velocidad en relación con la distancia de las paredes es una parábola y la velocidad promedio es exactamente la mitad de la velocidad máxima. Para el flujo turbulento la curva de distribución de velocidades es más plana (tipo pistón) y el mayor cambio de velocidades ocurre en la zona más cercana de la pared. Comportamiento del líquido a diferentes velocidades. Distribuciones típicas de velocidad. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA La practica tiene como objetivo tener una visión clara de cómo se obtiene el numero de Reynolds utilizando niveles distintos de flujos de agua en las tuberías en distintos tiempos. MOTIVACION Esta práctica nos ayudara a comprender el funcionamiento de los flujos al variar su nivel lo que nos ayudara como ingenieros químicos a tener en consideración al momento de hacer cambios en las variables que utilicemos en algún proceso complejo a nivel industrial que de no tener el conocimiento suficiente podría perjudicar gravemente a la empresa y sobre todo al personal de la misma. MARCO DE REFERENCIA Numero de Reynolds Es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Como todo número adimensional es un cociente, una comparación. En este caso es la relación entre los términos convectivos y los términos viscosos de las ecuaciones de Navier-Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos. Además el número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento o laminar en ciertos casos. Así por ejemplo en conductos si el número de Reynolds es menor de 2000 el flujo será laminar y si es mayor de 4000 el flujo será turbulento. El mecanismo y muchas de las razones por las cuales un flujo es laminar o turbulento es todavía hoy objeto de especulación. Para valores de el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas, que interactúan solo en base a esfuerzos tangenciales, por eso a este flujo se le llama Flujo laminar. El colorante introducido en el flujo se mueve siguiendo una delgada línea paralela a las paredes del tubo. Para valores de la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina de transición. Para valores de, después de un pequeño tramo inicial con oscilaciones variables, el colorante tiende a difundirse en todo el flujo. Este régimen es llamado turbulento, es decir caracterizado por un movimiento desordenado, no estacionario y tridimensional. Este número recibe su nombre en honor de Osborne Reynolds (1842-1912), quien lo describió en 1883. Viene dado por siguiente fórmula: O Donde: ρ: densidad del fluido vs: velocidad característica del fluido D: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido μ: viscosidad dinámica del fluido ν: viscosidad cinemática del fluido Estudió las características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un líquido que fluía por una tubería. A velocidades bajas del líquido, el trazador se mueve linealmente en la dirección axial. Sin embargo a mayores velocidades, las líneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa rápidamente después de su inyección en el líquido. El flujo lineal se denomina Laminar y el flujo errático obtenido a mayores velocidades del líquido se denomina Turbulento. El Número de Reynolds se definió como la relación existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento). Este número es a dimensional y puede utilizarse para definir las características del flujo dentro de una tubería. El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida 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 el régimen laminar. Si el Número de Reynolds es 2100 o menor el flujo será laminar. Un número de Reynolds mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento. Flujo laminar y flujo turbulento: Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es 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 del flujo siguen la misma trayectoria. Este tipo de flujo fue identificado por O. 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 al 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 cambian de rumbo en forma errática. Éste tipo de flujo se denomina
turbulento
. HIPOTESIS Comprobar el número de Reynolds en el experimento, el incremento del flujo debe dar como resultado el cambio de número de Reynolds ya que al cambiar el flujo se cambia la velocidad y el gasto con lo que se modifica el flujo laminar a turbulento. MODELO MATEMATICO ρDVμ Despejando formulas para obtener Re: A=πD24 Re=4VDπD2tv Re=4VπDtv Q=Vt Re=4QγπD EQUIPO Y MATERIAL Equipo necesario para la práctica. Mesa hidrodinámica El banco de ensayos HM 112 permite realizar ensayos básicos sobre la teoría del flujo. La composición del ensayo está esquematizada sobre un carro de laboratorio. Mediante el equipamiento con un circuito cerrado del agua, el banco de ensayos es particularmente idóneo para la aplicación en locales de formación, cursillos y aulas. El sistema contiene sensores de flujo y de la presión que permiten procesar posteriormente sobre PC los valores medidos. Como objetos de medición sirven diferentes tramos de tubo y elementos integrables de los cuales 5 representan diferentes suplementos de tubo como, p. ej., válvula de membrana o recogelodos. 3 objetos de medición son de plexiglás y representan tubo venturí, tubo Pitot, diafragma, boquilla de medición. La tarjeta de registro de los datos de medición y software que incluye el suministro permite la indicación y evaluación en PC de los datos medidos.Contenido didáctico / EnsayosMediciones de presión y velocidad con tubo Venturi/PitotMediciones de flujo con boquilla y diafragmaInvestigaciones en el valvulaje:medición comparativa de la caída de presión, altura de pérdida y caudal en función al grado de aperturaInvestigación en las líneas de tubo:Caudal de tubo con fricción, estrechamiento de tubo, ampliación de tubo, codo y arco, coeficientes de resistencia mangueras. agua. Equipo Gunt Hamburg PROCEDIMIENTO 1.- Conectar las mangueras a la mesa hidrodinámica, asegurándose de que estén bien colocadas, evitando así la salida de flujo. 2.- Encender la mesa hidrodinámica para iniciar con la purgación, asegurándose de que no quede nada de aire y burbujas dentro de las mangueras, con la finalidad de que no altere la lectura de la diferencia de presión. 3.- Una vez purgadas las mangueras se cierra la válvula, para poder calibrar a cero. 4.- se comienza tomando mediciones con la válvula totalmente abierta. 5.- se va modificando la apertura de la válvula y tomando 10 mediciones a distintas aperturas. CALCULOS Y RESULTADOS 1era tubería Q (L/min)Q(m3/s)Re21.40.000356673710.7550219.30.000321673346.615517.20.000286672982.4759915.40.000256672670.3564113.50.0002252340.8968611.50.000191671994.097329.60.000161664.637767.60.000126671317.838235.40.00009936.3587423.76.1667E-05641.579138 El diámetro exterior de la tubería utilizada de PVC fue de 32mm con un grosor de capa de 1.5mm por lo tanto el diámetro interior es igual: 32mm-3mm = 29mm =0.029m Viscosidad del agua a 18 grados centígrados es igual a 1.055*10-6 m2/s Utilizamos la formula de Reynolds: Re=4QγπD Q/(L/min)Q(m3/s)Re21.20.000353336131.4679519.30.000321675581.9495917.50.000291675061.3532615.30.0002554425.0688513.20.000223817.7064611.50.000191673326.032149.20.000153332660.825719.70.000161672805.435817.30.000121672111.307365.59.1667E-051590.71102 2da tubería El diámetro exterior de la tubería utilizada de PVC fue de 20mm con un grosor de capa de 1.5mm por lo tanto el diámetro interior es igual: 20mm-3mm = 17mm =0.017m Viscosidad del agua a 17 grados centígrados es igual a 1.079*10-6 m2/s Utilizamos la formula de Reynolds: Re=4QγπD “Grafica de Reynolds contra gasto” 1er tubería 2datuberia CONCLUSIONES Concluimos que las distintas mediciones tomadas en diferentes flujos y velocidades se obtuvo un incremento lineal en el numero de Reynolds lo que describe el cambio de flujo laminar y flujo turbulento. REFERENCIAS fluidos.eia.edu.co/.../laminar_turbulento.htm www.google.com.mx www.wikipedia.com www.Mecanica.Fluidos Mecánica de fluidos, Merle C. Potter, David C. Wiggert Fenómenos de Transporte R. B. Bird, W.E.Stewart, E.N.Lightfoot