Numero de Reynolds

Practica #1.

Número de Reynolds

1. Marco Teórico.

         Los diferentes regímenes de flujo y la asignación de valores numéricos de cada uno fueron                  reportados por primera vez por Osborne Reynolds en 1883. Reynolds observo que el tipo de                flujo adquirido por un líquido que fluye dentro de una tubería depende de la velocidad del l                  liquido, el diámetro de la tubería y de algunas propiedades físicas del fluido. Ası, el numero                de Reynolds es un numero adimensional que relaciona las propiedades físicas del fluido, su                  velocidad y la geometría del ducto por el que fluye y esta dado por: 

                                                             

         Re = Numero de Reynolds

         D = Diámetro del ducto 

         v = Velocidad promedio del liquido 

         ρ = Densidad del líquido  

         µ = Viscosidad del liquido

         En una tubería circular se considera:

         • Re < 2300 El flujo sigue un comportamiento laminar.
         • 2300 < Re < 4000 Zona de transición de laminar a turbulento.
         • Re > 4000 El fluido es turbulento.

2. Descripción Practica 
    

•     Modulo básico Gunt HM 150 

                                     

• Procedimiento.

1.  Instalar el Módulo HM 150.18 sobre Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 12, y la manguera de salida del módulo a un desagüe, de tal manera que no se tiña el agua del depósito de la bomba.
2. Cerrar la válvula de salida de la bomba, la válvula N° 11 y la válvula N° 1, de salida del módulo.
3. Manteniendo cerrada la válvula N° 7, llenar con tinta el depósito N° 8.
4. Poner en funcionamiento la bomba, abriendo lentamente la válvula de salida de la misma.Abrir un poco la válvula N° 11, con lo cual el agua sube por el tubo rebosadero N° 10 hasta el depósito de reserva N° 9, llenando enseguida el tubo N° 3.A
5. abrir un poco la válvula de salida N° 1, regulando un flujo tal que se mantenga un nivel constante en el depósito N° 9, manipulando también la válvula N° 11. No debe permitirse que se llene completamente el depósito, ni que se suspenda el flujo hacia la pieza de salida N° 5.
6. Medir con la jarra aforada el mayor volumen de agua que pueda medirse con precisión, tomando el tiempo con el cronómetro suministrado, con el fin de determinar el caudal empleado. Anotar en la planilla los datos de volumen y tiempo.
7.  Abrir ligeramente la válvula N° 7, del depósito de tinta, de tal manera que se observe la entrada de la tinta a la corriente de agua en el tubo N° 3.
8. Si el flujo es laminar, se observará una línea de tinta recta, que no se mezcla con el agua. Cerrar inmediatamente la válvula N° 7, del depósito de tinta. Anotar en la planilla cómo se observa el régimen.
9. Regular nuevamente un caudal un poco mayor, repitiendo los Pasos 5, 6 y 7. 
10. Deben hacerse varios ensayos cambiando el caudal, de tal manera que se vaya incrementando el Número de Reynolds, observando cuándo se consigue la transición de régimen laminar a régimen turbulento.
11. Terminado el experimento debe hacerse limpieza al depósito de tinta

3. Experimentación.

•      Datos

     

FLUJO	LAMINAR	TRANSICIÓN	TURBULENTO
TIEMPO (S)	105,6	104,32	29,1
VOLUMEN (ml)	400	1000	1000
VOLUMEN (Mᶟ)	0,0004	0,001	0,001
AREA (M²)	4,78E-05
DENSIDAD (Kg/Mᶟ)	999
D. int (M)	7,80E-03
VISCOSIDAD (Kg/M*S)	0,0010801
D. int2 (M)	7,80E-03

4. Análisis de Resultados

Caudal

Reynolds

Como se observa en la Tabla, los valores de Reynolds calculados para cada flujo, coinciden con el régimen esperado. Se puede observar que con el flujo fijado se obtuvieron valores de Reynolds casi de frontera. Esto habla de una gran precisión al momento de fijar el flujo en el tubo, pues cabe recordar que esto se realizó con base en la observación de el azul de metileno dentro del tubo.

5. Conclusiones.

•     Una vez analizados los resultados es posible afirmar que son satisfactorios, puesto que en todos los casos, el régimen de flujo obtenido experimentalmente coincide con el esperado. Incluso en un par de ocasiones fue posible obtener valores cercanos a la frontera. Cabe recordar que durante la experimentación se fijó un flujo al azar, que debía estar dentro del régimen deseado. 
• Los resultados obtenidos coinciden a la perfección con las observaciones realizadas durante la práctica, donde una delgada línea de violeta de genciana en el tubo denotaba un flujo laminar, mientras que v´ortices de violeta de genciana indicaban un régimen turbulento.
•  Como era de esperarse, al aumentar la velocidad de flujo se pasa de un régimen laminar a uno turbulento, y como consecuencia aumenta el n´umero de Reynolds y se observa la formación de vórtices.
•  Si bien la operación unitaria estudiada no es particularmente atractiva, la comprensión de los efectos de flujo en el régimen de flujo es sumamente importante. El n´umero de Reynolds es quizá el número adimensional m´as utilizado en cálculos de ingeniería´ıa y su comprensión adecuada resulta fundamental. Los objetivos fueron satisfechos, pues no solo se obtuvieron resultados adecuados, sino que se comprendió adecuadamente la relación de la velocidad con el régimen de flujo y los efectos en el n´umero de Reynolds.

Flujo de Transición

1. 
   

Principio de Bernoulli

Practica #2

Principio de Bernoulli

1. Marco Teorico

    

    El principio de conservación de la energía se expresa en Mecánica de fluidos por medio del                 Principio de Bernoulli.
    La energía se conserva, transformándose entre energía cinética, energía de flujo y energía                   potencial. Los fluidos incompresibles y sin rozamiento cumplen el llamado teorema de Bernoulli,       enunciado por el matemático y científico suizo Daniel Bernoulli. El teorema afirma que la energía       mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es constante a lo largo de        una línea de corriente. Las líneas de corriente son líneas de flujo imaginarias que siempre son              paralelas a la dirección del flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la            trayectoria de las partículas individuales de fluido.
   El teorema de Bernoulli implica una relación entre los efectos de la presión, la velocidad y la              gravedad, e indica que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye.
   La ecuación es la siguiente:

2. Descripción Practica

• Equipo

             Modulo básico Gunt HM 150. Módulo HM 150.07. 

• Procedimiento.

1. Instalar el Módulo HM 150.07 sobre Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 8.
2. Ajustar la tuerca del racor de la empaquetadura del prensaestopas N° 6, de la sonda Pitot para medición de presión total, de forma que la sonda pueda moverse libremente.
3. Abrir las válvulas N° 9 y N° 4, y las válvulas de purga del manómetro de tubos múltiple N° 10 y del manómetro de columna N° 2.
4. Poner en servicio la bomba y abrir lentamente la válvula de salida de la misma.
5. Cerrar lentamente la válvula N° 4, de salida del módulo, hasta que los tubos de los manómetros queden irrigados, regulando un caudal de tal manera que se observe indicación en el tubo situado en la garganta del Venturi.
6. Anotar en la planilla los datos de presión estática del manómetro múltiple, y las presiones totales de cada uno de los mismos 6 puntos, colocando la punta de la sonda en cada uno de ellos. 
7. Determinar el caudal, midiendo un volumen de 10 o 15 litros, recogido en el depósito volumétrico del Módulo Básico, y el tiempo empleado.

3. Experimentacion 

	h estática (mm)	h total (mm)	Longitud (M)	Area (M²)
TUBO 1	220	250	0	3,38E-04
TUBO 2	208	250	0,028	2,33E-04
TUBO 3	40	250	0,056	8,46E-05
TUBO 4	138	250	0,094	1,70E-04
TUBO 5	157	250	0,127	2,55E-04
TUBO 6	165	250	0,169	3,38E-04

VOLUMEN (M³)	0,01
DENSIDAD (Kg/M³)	999
GRAVEDAD (M/S²)	9,81

4. Analisis de Resultados.

	P estática (pa)	P total (pa)	P dinámica (pa)
TUBO 1	215604,18	245004,75	29400,57
TUBO 2	203843,952	245004,75	41160,798
TUBO 3	39200,76	245004,75	205803,99
TUBO 4	135242,622	245004,75	109762,128
TUBO 5	1538862,983	245004,75	91141,767
TUBO 6	161703,135	245004,75	83301,615

Pdinamica = Ptotal - Pestatica

Caudal Teorico

Coeficiente de Descarga

Caudal Real

CAUDAL TEORICO (M³/S)	1,64E-04
CAUDAL EXPERIMENTAL (M³/S)	8,77E-05
COEFICIENTE DE DESCARGA	5,34E-01
CAUDAL REAL (M³/S)	8,78E-05

En el análisis logramos apreciar con la ecuación de Bernoulli cuando se hace pasar un flujo continuo de agua por una sección de tubería conocida donde se observa mediante los resultados obtenidos que la variación de cada uno de los valores depende de la cantidad de volumen y altura de cada uno de los tubos del banco hidráulico mediante estos cálculos se pudo notar que a mayor volumen, mayor es la velocidad de cada uno de estos flujos.

5. Conclusiones.

Perdidas por fricción en tuberias.

Practica #3

Perdidas por Fricción en Tuberias

Flujo Turbulento

1. Marco Teorico

Cuando un fluido circula a través de una tubería, su contenido total de energía va disminuyendo paulatinamente, debido a la intervención de las tensiones de corte provocadas por la viscosidad del fluido. Esta pérdida de energía recibe el nombre de pérdida primaria, se registra sólo en los tramos rectos de la tubería y tiene gran importancia en el comportamiento energético del fluido. La magnitud de las pérdidas en una tubería dada es bastante diferente si el flujo es laminar o es turbulento, por lo que es indispensable conocer previamente qué tipo de flujo se presenta en cada caso.
El cálculo de las pérdidas se puede efectuar utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach, que establece:

hL = pérdida primaria de energía, (m)
f = factor de fricción L = longitud de la tubería, (m)
v = velocidad promedio en la sección transversal del conducto, (m/s)
g = aceleración de la gravedad, 9.81 (m/s2)
Φ = diámetro de la tubería, (m)
Cuando el flujo es laminar el factor de fricción se calcula con la expresión:

                                                                      f= 64/Re

2. Descripcion Practica.

•  Equipo.

Módulo Básico Gunt HM 150. Con bomba centrífuga sumergible de 250 W de potencia y caudal máximo de 150.

• Procedimiento

1. Instalar el Módulo HM 150.01 sobre el Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 9, y la manguera de salida del HM 150.01 al tanque del módulo básico. Precaución: Comprobar que el nivel de agua en el depósito de la bomba, cubra la totalidad de la bomba sumergible.
2. Cerrar las válvulas N° 10 y 11, del depósito vertical. Abrir la válvula N° 7, del by pass para flujo turbulento y la válvula de salida N° 2. 
3. Conectar las mangueras para medición de presión, desde la toma N° 12 hasta la entrada de alta presión del manómetro diferencial N° 5, y desde la toma N° 3 hasta la entrada de baja presión del manómetro diferencial.
4. Poner en servicio la bomba, regulando el caudal con la válvula de salida de la bomba, de tal forma que se establezca una diferencia de presión aproximada de 0.2 Bar. Ajustar con más precisión utilizando la válvula N° 2. Anotar en la planilla el dato de presión.
5. Medir el caudal tomando un volumen aproximado de 2 litros, en la jarra aforada, y contabilizando el tiempo empleado.
6. Repetir el procedimiento tomando unas tres mediciones, aumentando el caudal con la válvula N° 2.
7. Anotar los datos medidos durante la práctica y efectuar los cálculos indicados.

3. Experimentación.

• Datos

    

VISCOSIDAD CINEMÁTICA (M²/S)	1,08E-06
VOLUMEN (M³)	6,00E-04
ÁREA (M²)	7,07E-06
LONGITUD DE TUBERÍA (M)	4,00E-01
PESO ESPECIFICO (N/M³)	9,80E+03
DENSIDAD (Kg/M³)	9,99E+02
D int (M)	3,00E-03
RUGOSIDAD RELATIVA	2,00E+03

TIEMPO (S)
1	2,42E+01
2	2,53E+01
3	2,47E+01
ΔP (Pa)
1	2,00E+04
2	2,00E+04
3	2,00E+04

4. Analisis de Resultados.

hl experimental (m)
1	2,04E+00
2	2,04E+00
3	2,04E+00
hl teorico (m)
1	2,67E+00
2	2,48E+00
3	2,59E+00
Velocidad (m/s)
1	3,5011
2	3,3517
3	3,4372
Caudal (m³/s)
1	2,48E-05
2	2,37E-05
3	2,43E-05
Reynolds
1	9,73E+03
2	9,31E+03
3	9,55E+03
Factor de fricción teorico
1	2,45E-02
2	2,67E-02
3	2,54E-02
Factor de fricción exp
1	3,21E-02
2	3,24E-02
3	3,22E-02

• Se puede observar que para cada dato de tiempo la presión es la misma, y el cada caudal es casi idéntico.
• El factor de fricción experimental y teórico son cercanos pero no llegan a ser parecidos lo que quiere decir que el factor de fricción teórico es mayor que el experimental, esto hace referencia a que puede considerarse mas preciso el calculo experimental.
• Observando el mayor tiempo se puede ver que, a mayor tiempo, la velocidad, el caudal y el valor de Reynolds es menor pero el coeficiente de fricción tanto experimental como teórico es mayor, esto se puede dar debido a que a mayor tiempo el contacto que hace el fluido con la tubería es mayor generando mas perdidas de energía por fricción.

Flujo Laminar

3. Experimentación.

• Datos.

VOLUMEN (M³)	0,0006
AREA (M²)	7,07E-06
LONGITUD DE TUBERIA (M)	4,00E-01
VISCOSIDAD CINEMATICA (M²/S)	1,08E-06
DENSIDAD (Kg/M³)	9,99E+02
D int (m)	3,00E-03

TIEMPO (S)
1	137,14
2	131,9
3	134,09
ALTURA 1 (M)
1	0,18
2	0,18
3	0,18
ALTURA 2 (M)
1	0,023
2	0,02
3	0,018

4. Analisis de Resultados.

hl experimental (m)
1	1,57E-01
2	1,60E-01
3	1,62E-01
hl teorico (m)
1	9,69E-02
2	1,01E-01
3	9,91E-02
Velocidad (m/s)
1	0,6188
2	0,6434
3	0,6329
Caudal (m³/s)
1	4,38E-06
2	4,55E-06
3	4,47E-06
Reynolds
1	1,72E+03
2	1,79E+03
3	1,76E+03
Factor de fricción teorico
1	6,03E-02
2	5,69E-02
3	5,95E-02
Factor de fricción exp
1	3,72E-02
2	3,58E-02
3	3,64E-02

5. Conclusiones.

• A mayor tiempo mayor sera el factor de fricción.
• A mayor tiempo menor sera el caudal, la velocidad y Reynolds.
• A mayor velocidad el factor de fricción experimental sera menor .
• Al ser flujo turbulento todos los datos son más altos respecto a los flujos laminares debido a la inestabilidad y, valga ta redundancia, a la turbulencia que presenta el flujo.