Informe De Mecánica De Fluidos Viscosidad

Laboratorio N°1: Viscosidad

Resumen

Realizaremos tres experiencias en las cuales visualizaremos los diferentes tipos de regímenes de flujo que experimenta el agua que circula por el tubo de vidrio del dispositivo experimental. Para ello estableceremos un caudal de agua circulante. Debemos comenzar con un caudal lo más bajo posible y se irá aumentando poco a poco. Tomaremos nueve caudales diferentes. Para cada uno de los caudales, cuando el flujo se estabilice, observaremos en el tubo de vidrio las formas que se desarrollan. Con los datos obtenidos podremos sacar el número de Reynolds mediante la velocidad de salida, coeficiente de fricción y el esfuerzo de corte.

Introducción

El objetivo de esta práctica es observar las características de los regímenes de flujo laminar y turbulento en un conducto, así como la transición entre ambos, reproduciendo el experimento original de Osborne Reynolds, y estudiando el efecto de los parámetros de dependencia.

Cuando entre dos partículas en movimiento existe gradiente de velocidad, es decir, cuando una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas tangenciales que se oponen al desplazamiento relativo entre ambas partículas, es decir, se oponen a la deformación del medio: estas fuerzas son las fuerzas viscosas, que son proporcionales al gradiente de velocidad y a la viscosidad dinámica del fluido (Ley de Newton). Un efecto de la existencia de gradientes de velocidad es que, alrededor de cada partícula, se produce una rotación relativa de las partículas del entorno, movimiento al que también se oponen las fuerzas viscosas. Dependiendo del valor relativo de las fuerzas viscosas respecto a la cantidad de movimiento del fluido (es decir, respecto a las fuerzas de inercia) se pueden producir diferentes estados de flujo: laminar y turbulento.

Marco Teórico

El número de Reynolds (ℜe) esun número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transportepara caracterizar el movimiento de un fluido.

Definición y uso de la (ℜe):

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). Desde un punto de vista matemático el número de Reynolds de un problema o situación concreta se define por medio de la siguiente fórmula:

o equivalentemente por:

donde:

ρ: densidad del fluido

vs: velocidad característica del fluido

D: diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema

μ: viscosidad dinámica del fluido

ν: viscosidad cinemática del 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.

ℜe y carácter del flujo:

Además el número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento o laminar en ciertas cosas.

Flujoturbulento o corriente turbulenta: Movimiento de un fluidoque se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos a periódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica. Los fluidos de viscosidad baja y velocidades altas o grandes caudales suelen ser turbulentos.

flujo laminar o corriente laminar: Movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido , El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas.

En conductos o tuberías (en otros sistemas, varía el Reynolds límite):

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.

Según otros autores:

se le llama flujo laminar

existe una zona de transición de flujo laminar a turbulento al cual se le denomina régimen de transición.

se denomina régimen turbulento

Velocidad media (vm):

La velocidad media de un flujo representa el promedio de la velocidad de todas las partículas de fluidoque se mueven a través de una sección de are. Debido que el flujo es real por ende viscoso, esto nos indica que existe un perfil de velocidad. Las velocidades de cada particulaseran diferentes en cada punto de un área que atraviesen. Si se quieren calcular el caudal, gasto o flujo volumétrico de una corriente, se calcula de la siguiente manera:

Q = ∫V∙dA

Para resolver al integración será necesario conocer la distribución de velocidades en dicha sección.

La velocidad media se define como:

Vm = Q

A

Observamos que si se conoce el caudal (el cual puede medirse en forma

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