Agroindustria

I. INTRODUCCION

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. 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.

Para poder comprender por completo el comportamiento de un fluido, se necesitan determinar un gran número de características o parámetros que, juntos y/o individualmente, proporcionan datos muy importantes obtenidos a partir de consideraciones por demás significativas.

De todos aquellos parámetros probablemente los más sencillos de calcular y, por consiguiente, los que pueden proporcionar información rápida del tipo de flujo que se desarrolla son el número de Reynolds.

El número de Reynolds es fundamental para comprender las características del flujo que se genera dentro de una tubería a presión,

El siguiente experimento sobre la cuba de Reynolds, fue realizado para la visualización y cálculo de flujos en diferentes regímenes, diferenciando el flujo transitorio del flujo turbulento (flujo desordenado, rápido).

El número de Reynolds ilustra matemáticamente la importancia que tienen las fuerzas viscosas en la generación del flujo. Un número de Reynolds grande indica una preponderancia marcada de las fuerzas de inercia sobre las fuerzas viscosas (flujo turbulento), condiciones bajo las cuales la viscosidad tiene escasa importancia.

Por el contrario, si el número de Reynolds presenta un valor muy bajo, entonces las fuerzas viscosas son las que rigen el desempeño del flujo (flujo laminar). El número de Reynolds es un valor exclusivo utilizado para caracterizar el flujo que se genera en tuberías, para poder aplicarlo a un flujo en un canal abierto es necesario realizar algunas adecuaciones.

A continuación se determinará la naturaleza de un flujo dado para un fluido incompresible calculando su número de Reynolds y así comprobar si los resultados teóricos concuerdan con los experimentales.

II. OBJETIVOS

2.1. General

EXPERIMENTAR DE FORMA TEÓRICA Y PRÁCTICA LOS REGIMENES DE FLUJO DEL AGUA EN UNA CUBA DE REYNOLDS.

2.2. Especifico

- Diseñar y construir un prototipo a tamaño real de la cuba de REYNOLDS.

- Experimentar visualmente el comportamiento de agua dentro de la CUBA de REYNOLDS.

- Determinar de forma teórica los tipos de regímenes a partir de fórmulas establecidas en clases.

- Realizar el análisis comparativo de los datos obtenidos a través de los dos métodos empleados en la práctica (visual y teórica).

III. REVISION LITERARIA

3.1. NÚMERO DE REYNOLDS: FUERZAS INERCIALES Y VISCOSAS, RÉGIMEN PARA FLUJOS INTERNOS Y EXTERNOS

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).

Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de Reynolds viene dado por:

o equivalentemente por:

donde:

: densidad del fluido

: velocidad característica del fluido

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

: viscosidad dinámica del fluido

: viscosidad cinemática del fluido

Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del líquido y delas 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 en1874 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)

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 Reynolds mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento. En definitiva: Re < 2000: Régimen laminar.2000 < Re < 4000: Zona crítica o de transición. Re > 4000: Régimen turbulento

3.2. FLUJO LAMINAR, TRANSICIONAL Y TURBULENTO

Flujo Laminar

Las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de trayectorias uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido, dirección y magnitud. Suele presentarse en los extremos finales de los laterales de riego y en microtubos de riego. En tuberías de sección circular, si hacemos un corte transversal, las capas de igual velocidad se disponen de forma concéntrica, con v > 0 junto a las paredes de la tubería y velocidad máxima en el centro. Corresponde el régimen laminar a bajos valores del número de Reynolds y suele darse a pequeñas velocidades, en tubos con pequeño diámetro y con fluidos muy viscosos (aceites).

En estas condiciones, las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia

El flujo laminar es aquel en el cual el movimiento del fluido se produce de un modo ordenado y absolutamente predecible, debido a la preponderancia de los efectos viscosos en el movimiento. Las trayectorias coinciden con las líneas de corriente tanto en la presión como la velocidad no se observan las típicas fluctuaciones aleatorias características

...