laboratorio de operaciones unitarias 1
laboratorio de operaciones unitarias 1u.rm.r.p.s.x.ch
DETERMINACION DE NUMERO DE REYNOLDS1.-INTRODUCCION.-El presente
informe tiene como finalidad demostrar los conocimientos tericos
con la prctica, mediante un proceso de recoleccin de datos en
laboratorio que posteriormente son tratados basndonos en los
teoremas y utilizando los fundamentos tericos pertinentes. Este
informe en general consta de tres partes; en la primera se exponen
todos los argumentos tericos que nos sern de utilidad para
desarrollar la segunda parte del informe; que consistente en
procesar la informacin o datos recopilados en laboratorio con la
finalidad de demostrar la teora planteada. La tercera parte se
dedica a mostrar los resultados ms relevantes que se obtuvieron en
la segunda parte, tambin se puntualizan las respectivas
conclusiones y las recomendaciones2.- MARCO TEORICO.-Reynolds
(1874) 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 TurbulentoLas 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 Reynold mayor de 10 000 indican que las
fuerzas viscosas influyen poco en la prdida de energa y el flujo es
turbulento.Aunque (Re)c = 2300, lo cierto es que para valores de Re
comprendidos entre 2000 y 4000 la situacin es bastante imprecisa. A
efectos de clculo de tuberas interesa saber que para Re menores de
2000 el rgimen es laminar, y aunque este rgimen se rompa
accidentalmente, vuelve a restablecerse por s solo. En
definitiva:Re 2000: Rgimen laminar.2000 Re 4000: Zona crtica o de
transicin.Re 4000: Rgimen turbulento.Matemticamente, el Re es un
parmetro adimensional que expresa la relacin entre las fuerzas de
inercia y las fuerzas de viscosidad o de friccin en el interior de
una corriente, que se expresa para una tubera de seccin circular,
de la siguiente forma:
Por ejemplo, un Re = 40000 indicara que las fuerzas de
viscosidad apenas tienen importancia frente a las fuerzas de
inercia, que son mucho mayores. Se tratara claramente de un rgimen
turbulento. Con Re = 1800, el rgimen sera laminar.La velocidad
media que marca el paso de un rgimen a otro se conoce como
velocidad crtica:
La importancia del nmero de Reynolds no slo radica en el hecho
de poder determinar la velocidad crtica que caracteriza el rgimen
de una corriente de lquido. Tambin se utiliza, como veremos ms
adelante, para el clculo de prdidas de carga en conducciones.Rgimen
laminar y rgimen turbulento:Cuando un fluido circula por una tubera
lo puede hacer en rgimen laminar o en rgimen turbulento. La
diferencia entre estos dos regmenes se encuentra en el
comportamiento de las partculas fluidas, que a su vez depende del
balance entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas o de
rozamiento, figura 1.3.Como se ver posteriormente, el nmero de
Reynolds es el parmetro que expresa la relacin entre las fuerzas de
inercia y las viscosas en el interior de una corriente, por lo que
el rgimen hidrulico va a depender de su valor.Rgimen laminar: las
partculas del lquido se mueven siempre a lo largo de trayectorias
uniformes, en capas o lminas, con el mismo sentido, direccin y
magnitud. Suele presentarse en los extremos finales de los
laterales de riego y en microtubos de riego.En tuberas de seccin
circular, si hacemos un corte transversal, las capas de igual
velocidad se disponen de forma concntrica, con v > 0 junto a las
paredes de la tubera y velocidad mxima en el centro.Corresponde el
rgimen laminar a bajos valores del nmero de Reynolds y suele darse
a pequeas velocidades, en tubos con pequeo dimetro y con fluidos
muy viscosos (aceites). En estas condiciones, las fuerzas viscosas
predominan sobre las de inercia.Rgimen turbulento: las partculas se
mueven siguiendo trayectorias errticas, desordenadas, con formacin
de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del flujo, y por tanto
el nmero de Reynolds, la tendencia al desorden crece. Ninguna capa
de fluido avanza ms rpido que las dems, y slo existe un fuerte
gradiente de velocidad en las proximidades de las paredes de la
tubera, ya que las partculas en contacto con la pared han de tener
forzosamente velocidad nula.
El paso de rgimen laminar a turbulento no se produce de manera
instantnea. Cuando se trabaja en rgimen laminar, a velocidades
bajas, y se fuerza al fluido para que adquiera mayor velocidad,
comienzan a aparecer ondulaciones (rgimen crtico), y de persistir
este aumento llevar al fluido a alcanzar el rgimen turbulento. As,
un filete de colorante inyectado en una corriente laminar sigue una
trayectoria bien definida. Si aumentamos la velocidad, el filete
comenzar a difundirse hasta terminar coloreando toda la corriente
(rgimen turbulento).En el movimiento de un fluido a travs de una
conduccin se comprueba, dependiendo de la viscosidad del fluido y
del dimetro del tubo, que en cada caso existe una velocidad crtica
por debajo de la cual el rgimen laminar es estable. Para
velocidades superiores a la velocidad crtica este rgimen es
inestable y pasa a turbulento ante cualquier vibracin.Dentro del
rgimen turbulento se pueden encontrar tres zonas diferentes: Rgimen
turbulento liso: las prdidas que se producen no dependen de la
rugosidad interior del tubo. Se presenta para valores del nmero de
Reynolds bajos por encima de 4000. Rgimen turbulento de transicin:
las prdidas dependen de la rugosidad del material del tubo y de las
fuerzas de viscosidad. Se da para nmeros de Reynolds altos, y
depende del nmero de Reynolds y de la rugosidad relativa. Rgimen
turbulento rugoso: Las prdidas de carga son independientes del
nmero de Reynolds y dependen slo de la rugosidad del material. Se
da para valores muy elevados del nmero de Reynolds.3.-OBEJETIVOS.-
Comprender la importancia del nmero de Reynolds en el estudio del
comportamiento de flujos
Calcular las mediciones del nmero de Reynolds para flujos en
diferentes condiciones mediante datos conocidos 4.-. ESQUEMA DE LA
PRCTICA EXPERIMENTAL.-
5.- ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS Por medio de las mediciones
obtenidas de Q se calculara el nmero de Reynolds con datos
obtenidos de la manera experimental y con los datos obtenidos lo
que se hizo fue comparar con los datos tericos respecto a un flujo
laminar, transicin y turbulento
FLUIDO H2ORepeticiones
Caudal supuesto QVelocidad v Numero de Reynolds NReTipo de
Flujo
10,0001211,54061725,195Flujo laminar
20,0001622,06272309,854Flujo de transicin
30,0001832,33012389,295Flujo de transicin
40,0002002,54652851,624Flujo de transicin
50,0002092,66112979,955Flujo de transicin
60,0002102,67382994,176Flujo de transicin
70,0003754,77475346,808Flujo turbulento
80.0004255,51146171,780Flujo turbulento
90,0005757.32138198,544Flujo turbulento
100.0007839,969611164,165Influye en el flujo turbulento
promedio4635,1396
Dimetro de la tubera.- D=0,01m
Viscosidad cinemtica (m2/s) del H2 0 a 25C
v= .(1) (2) NRe (3)Dnde:Q=caudalv=velocidad=viscosidad=rea
transversal
PROPIEDADES FSICAS DEL AGUAPROPIEDADES FSICAS DEL AGUA
Temperatura (C)Peso especfico (kN/m3)Densidad (kg/m3)Mdulo de
elasticidad (kN/m2)Viscosidad dinmica (Ns/m2)Viscosidad cinemtica
(m2/s)Tensin superficial (N/m)Presin de vapor (kN/m2)
09,805999,81,98 1061,781 10-31,785 10-60,07650,61
59,8071000,02,05 1061,518 10-31,519 10-60,07490,87
109,804999,72,10 1061,307 10-31,306 10-60,07421,23
159,798999,12,15 1061,139 10-31,139 10-60,07351,70
209,789998,22,17 1061,102 10-31,003 10-60,07282,34
259,777997,02,22 1060,890 10-30,893 10-60,07203,17
309,764995,72,25 1060,708 10-30,800 10-60,07124,24
409,730992,22,28 1060,653 10-30,658 10-60,06967,38
509,689988,02,29 1060,547 10-30,553 10-60,067912,33
FLUIDO ACETONARepeticiones
Caudal supuesto QVelocidad vNumero de Reynolds NReTipo de
Flujo
10.0000040,050931270,02731Flujo laminar
20.0000050,063661587,47179Flujo laminar
30.0000060,076391904,91627Flujo laminar
40.0000080,1018592540,02967Flujo de transicin
50.0000090,114592857,49909Flujo de transicin
60.000010,127323174,94358Flujo de transicin
70.0000150,190984762,41537Flujo turbulento
80.000030,381979525,08011Flujo turbulento
90.000050,6366215875,21664Flujo turbulento
Viscosidad dinmica de la acetona a 25C
Densidad de la acetona a 25C
Viscosidad cinemtica de la acetona a 25C
6.- CONCLUSIONES.-
NOMBRECONCLUCIONESOBSERVACIONESRECOMENDACIONES
Acho Choque Luis AlbertoLa prctica se llev a cabo con completa
normalidad, obtuvimos el nmero de renolds y pudimos determinar los
tipos de flujos.Preferiramos que se realicen el mantenimiento de
los equipos de laboratorio antes de empezar la semana de las
prcticas.
Arancibia Montalvo lvaroNo hubo ninguna dificultad en los
clculos se obtuvieron los determinados flujos: Laminar, Turbulento
y Transicional, en las cuales apreciamos la importancia del clculo
del nmero de Reynolds; cul es el efecto de la misma en diseo de
proyectos y su aplicacin. No se tuvo ninguna observacin al respecto
pese a la dificultad que se tuvo en la prcticaVerificar si el
equipo del laboratorio est en condiciones de funcionamiento para
realizar correctamente la prctica y evitar los contratiempos
Isinado Condori Quevin SantiagoAtreves del anlisis minucioso se
pudo observar que el nmero de Reynolds es inversamente proporcional
al caudal asumiendo caudales se pudo representar el tipo de flujo
que es de muy buen conocimiento para el estudiante de ingeniera. Al
asumirnos se pudo observar el 10 repeticin Un nmero de Reynolds
mayor de 10 000 indican ya que indica que las fuerzas viscosas
influyen poco en la prdida de energa y el flujo es turbulento al
determinar el promedio del NRe=4635,1396 est en el por encima de
4000 considerando hacia un flujo turbulentoLas recomendaciones que
se da son para el docente en esta prctica experimental fue la falta
de atencin que nos tuvo lo que ocasiono motivos de la falta de
observacin directa ala practica lo poco que se pudo observar fue
que el tipo de flujo en una tubera cerrada siendo de especial
importancia para un ingeniero petrolero
Olivera Arancibia GonzaloLos resultados del nmero de Reynolds de
esta prctica nos muestra el tipo de flujo (laminar, de transicin y
turbulento) para diferentes caudales y el aumento de velocidades.
Los laboratorios deben tener un adecuado mantenimiento de los
diferentes equipos y tener completo, las cuales son de muy
importantes para realizar una buena prctica as tambin el docente
pueda dar mayor exigencia en la exactitud y precisin con los
resultados
ANEXOS.- FLUIDO H20Calculo de la velocidad para caudales
diferentes=7,8539X10-5 V1= =1,54063 V2= =2,0627 V3= =2,3301 V4=
=2,5465 V5= =2,6611 V6= =2,6738 V7= =4,7747 V8= =5,5114 V9= =7,3213
V10= 9,9696
Calculo del Nmero de Reynolds
NRe1725,195 NR2309,854 NR2389,295 NR2851,624 NR2979,955
NR2994,176 NR5346,808 NR6171,780 NR8198,544 NR11164,165
FLUIDO ACETONAFlujo laminarPara
Para
Para
Flujo de transicinPara
Para
Para
Flujo turbulentoPara
Para
Para
REFERENCIA BIBLIOGRFICAMott, Robert. "Mecnica de los Fluidos".
Cuarta Edicin. Prentice Hall. Mxico, 1996. Vargas, Juan Carlos.
"Manual de Mecnica para no Mecnicos". Intermedios Editores.
Colombia, 1999. Victor L. Steerter "Mecanica de Fluidos". Sptima
edicin, Ed. Mac Graw-Hill; Mxico 1.979.
ING.PETROLEO Y GAS NATURAL
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