FLUJO EN TUBERÍAS. NUMERO DE REYNOLDS Y VISCOSIDAD

LABORATORIO DE:        APLICACIONES DE PROPIEDADES DE LA

MATERIA.

TEMA:        FLUJO EN TUBERÍAS.

SUBTEMA:        NUMERO DE REYNOLDS Y VISCOSIDAD.

PERSONAL:        PROFESORES DE LA ASIGNATURA O

PERSONAL DOCENTE CAPACITADO PARA IMPARTIR EL LABORATORIO.

LUGAR:        LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS.

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OBJETIVO:        

El alumno:

1. Comprobar que los diferentes tipos de flujo se cumplen para los rangos establecidos en el Número de Reynolds.

1. Calcular la viscosidad de algunos fluidos.

ACTIVIDADES:        

1. Determinar el régimen de flujo mediante el aparato de Reynolds vertical con el que cuenta el laboratorio.

1. Determinar la viscosidad de un fluido.

MATERIAL Y/O EQUIPO:        

1 Equipo de Número de Reynolds. 1 vaso de precipitado de 1 litro.[pic 5][pic 6]

1 termómetro.[pic 7]

1 flexómetro.[pic 8]

1 cronometro.[pic 9]

1 vaso de precipitado de 100 ml. 1 balín de acero.[pic 10][pic 11]

1 vernier.[pic 12]

1 balanza granatoria.[pic 13]

SUSTANCIAS:        

Agua. Tinta.[pic 14][pic 15]

Aceite comestible o de carro (SAE 40). Glicerina.[pic 16][pic 17]

ASPECTOS TEÓRICOS:        

Fluido es aquella sustancia que, debido su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene. Estos se clasifican en líquidos y gases.

Los líquidos a una presión y temperatura determinada ocupan un volumen determinado. Introducido un liquido en un recipiente adopta la forma del mismo, pero llenando solo el volumen que le corresponde. Si sobre el líquido reina una presión

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uniforme, por ejemplo, la atmosférica, el líquido adopta, como veremos, una superficie libre plana, como la superficie de un lago o la de un cubo de agua.

Los gases a una presión y temperatura determinada tienen también un volumen determinado, pero puestos en libertad se expansionan hasta ocupar el volumen completo del recipiente que lo contiene, y no presentan superficies libres.

Por tanto, el comportamiento de líquidos y gases es análogo en conductos cerrados (tuberías); pero no en conductos abiertos (canales), porque solo los líquidos son capaces de crear una superficie libre.

Numero de Reynolds.-Cuando un líquido fluye en un tubo y su velocidad es baja, fluye en líneas paralelas a lo largo de 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” (ver la figura 8.1) el paso de régimen laminar a turbulento no es inmediato, sino que existe un comportamiento intermedio indefinido que se conoce como “régimen de transición”

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Figura 8.1.

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 observó que el tipo de flujo adquirido por un líquido que fluye dentro de una tubería depende de la velocidad del líquido, el diámetro de la tubería y de algunas propiedades físicas del fluido. Así, el número de Reynolds es un número adimensional que relaciona las propiedades físicas del fluido, su velocidad y la geometría del ducto por el que fluye y está dado por:

Donde:

Re = Dvρ



……………………………………………..        (1)

Re = número de Reynolds

D = diámetro del ducto (m)

ρ = densidad del liquido (kg /m3)

v = velocidad promedio del líquido (m/s)

η = viscosidad dinámica (N.s/m²)

Generalmente cuando el número de Reynolds se encuentra por debajo de 2000 se sabe que el flujo es laminar, el intervalo entre 2000 y 4000 se considera como flujo de transición y para valores mayores de 4000 se considera como flujo turbulento.

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Este grupo adimensional es uno de los parámetros más utilizados en los diversos campos de la ingeniería en los que se presentan fluidos en movimiento.

Como todo número adimensional, el número de Reynolds es una comparación, en este caso, es la relación entre términos convectivos y los términos viscosos de las ecuaciones de Navier-Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos.

Por ejemplo, un flujo con número de Reynolds alrededor de 100 000 (típico en el movimiento de una aeronave pequeña, salvo en zonas próximas a la capa limite), expresa que las fuerzas viscosas son 100 000 veces menores a las fuerzas convecticas, por lo tanto, aquellas pueden ser ignoradas.

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