1. Instituto Tecnológico
de Mexicali
Ing. Química
Laboratorio Integral I
Reporte
Practica # 3
Obtención de No. De Reynolds.
Alumnos:
Acosta Orozco Amanda Paulina.
Alonso Zavala Sthefanie Cecilia.
Prof. Norman Edilberto Rivera Pazos
Mexicali BC a 12 de Febrero de 2010.
2. Índice
Objetivo …………………………………………………………………………………….3
Motivación………………………………………………………………………………….3
Material y equipo…………………………………………………………………………4
Fundamento teórico…………………………………………………………………….5
Modelo matemático ……………………………………………………………………7
Diseño de la práctica……………………………………………………………………8
Variables y parámetros………………………………………………………………..8
Desarrollo de la práctica………………………………………………………………9
Conclusión personal……………………………………………………………………12
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3. 1.- Objetivo
Entender la utilidad del No. de Reynolds en el estudio de flujo de fluidos
obteniendo distintas mediciones.
2.- Motivación
Es de gran utilidad para el Ing. Químico tener conocimientos sobre el no. de
Reynolds ya que nos ayuda a determinar el movimiento de un flujo en el interior
de una tubería. A demás nos ayuda a determinar la velocidad critica que nos
permitirá saber si el flujo es laminar o turbulento.
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4. 3.- Material y Equipo
Mesa hidrodinámica (hydrodynamics trainer with pc-data acquisition –
Gunt Hamburg HM112)
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5. 4.-Fundamento teórico
No. de Reynolds
Reynolds (1874) 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.
Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades
del líquido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo másico
aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la
por la fricción o fuerzas viscosas dentro del líquido que fluye. Cuando estas
fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen cambios en las
características del flujo. En base a los experimentos realizados por Reynolds en
1874 se concluyó que las fuerzas del momento son función de la densidad, del
diámetro de la tubería y de la velocidad media. Además, la fricción o fuerza viscosa
depende de la viscosidad del líquido. Según dicho análisis, el Número de Reynolds
se definió como la relación existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas
viscosas (o de rozamiento).
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6. Donde V es la velocidad del fluido, D es el diámetro interno de la tubería, ρ es la
densidad del fluido, μ es la viscosidad del fluido.
Este número es adimensional 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 Reynold mayor
de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y
el flujo es turbulento.
Flujo laminar.
A valores bajos de flujo másico, cuando el flujo del líquido dentro de la tubería es
laminar, se utiliza la ecuación demostrada en clase para calcular el perfil de
velocidad (Ecuación de velocidad en función del radio). Estos cálculos revelan que
el perfil de velocidad es parabólico y que la velocidad media del fluido es
aproximadamente 0,5 veces la velocidad máxima existente en el centro de la
conducción.
Flujo turbulento.
Cuando el flujo másico en una tubería aumenta hasta valores del número de
Reynolds superiores a 2100 el flujo dentro de la tubería se vuelve errático y se
produce la mezcla transversal del líquido. La intensidad de dicha mezcla aumenta
conforme aumenta el número de Reynolds desde 4000 hasta 10 000. A valores
superiores del Número de Reynolds la turbulencia está totalmente desarrollada, de
tal manera que el perfil de velocidad es prácticamente plano, siendo la velocidad
media del flujo aproximadamente 0.8 veces la velocidad máxima.
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7. Modelo Matemático.
D D
Re
Re
ó
Q
Pero Q A
A
D 2 Q
A 4Q
D2
4
4 D
2 y sustituir en Re
4 DQ 4Q
Re Re
D 2 D
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8. Diseño de la práctica.
a) Conectar las mangueras en los extremos del tubo con diámetro de 32mm
externo y 29mm interno de la mesa.
b) Revisar la temperatura.
c) Encender la mesa hidrodinámica Gunt Hamburg, se abre la válvula, esto es
con la finalidad de que no se altere la lectura.
d) Ya purgada la mesa se cierra la válvula para poder calibrar a cero.
e) Abrir la válvula solo un poco y tomar la lectura.
f) Abrir la válvula poco a poco tratando de darle un intervalo de dos realizando
10 mediciones.
g) Desconectar las mangueras y conectarlas en la tubería siguiente con un
diámetro de 20mm externo y 17mm interno.
h) Repetir los pasos anteriores.
Variables y parámetros.
Temperatura: 17.5 °C
Viscosidad cinemática del agua dependiendo de la temperatura a 17.5:
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1.067 x10 m2 / s
El flujo del agua se debe convertir de L/min a m3/s.
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9. Hoja de Calculo.
Usando la siguiente formula se calculan los datos de la tabla:
4Q
Re
D
1.067x106 m 2 / s
1er tubería
D interno= 29mm = 0.029m
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12. Conclusión personal:
Pudimos observar que al ir variando la abertura de la válvula, se logra controlar el
flujo, para así poder estudiar su comportamiento. El número de Reynolds es de
gran utilidad para el ingeniero químico, ya que nos sirve de herramienta para las
operaciones unitarias, ya que mediante el estudio de este resulta importante para
el diseño de sistemas de tuberías.
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