UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECÁNICA DE FLUIDOS INFORME: DETECCIÓN DE FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO PROFESOR: ING. GIOVENE PEREZ CAMPOMANES CARRERA : INGENIERIA CIVIL INTEGRANTES : ALFREDO F. HUANCA PILCO CHRISTIAN D. PALOMINO LLANCE ABRIL – 2019 1. PRACTICA Objetivo: Observar e identificar las diferencias en el comportamiento de los perfiles de velocidad para flujos laminares y turbulentos mediante un prototipo desarrollado por el equipo, permitiendo obtener evidencias de dichos perfiles. perfiles . Objetivos específicos: Desarrollo de un prototipo que se capaz de producir los c comportamientos omportamientos deseados. Capacidad p para ara generar flujos que sea sean n laminares c como omo turbulento turbulentos s Diferenciar los perfiles de velocidad Comprobar te teóricamente óricamente los resultados utilizando el número de Reynolds. Introducción: Cuando dos partículas que se mueven a diferentes velocidades se manifiestan fuerzas de fricción que actúan tangencialmente a las mismas. En ese mismo instante, las partículas comienzan a rotar por dichas fuerzas, pero a la vez la viscosidad trata de impedir ese movimiento. Dependiendo del valor de las fuerzas se producen diferentes estados de flujo. Cuando la diferencia de velocidades es baja, entonces las fuerzas inerciales son mayores que las de fricción y de esta forma las partículas no rotan sino se desplazan. Si se llegara a dar dichos d ichos giros serían con muy poca energía. Es así como las partículas siguen una trayectoria definida. Este tipo de flujo fue identificado por O. Reynolds y se denomina “laminar”. Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre las partículas y el fluido, y estas adquieren una energía de rotación apreciable, la viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras, las partículas chocan entre sí y cambian de rumbo en forma errática y a este tipo de flujo se le llama “turbulento”. Fundamento teórico: Los fluidos pueden ser líquidos o gases y al movimiento de estos se le llama flujo. Este flujo involucra las leyes de la física, las propiedades del fluido y características del medio ambiente o conducto por el cual fluye. Los flujos se pueden clasificar de distintas maneras, atendiendo al cambio y dirección que sufren las partículas debido al espacio recorrido, al cambio de velocidad, dirección y posición de las partículas respecto al tiempo. Un flujo viscoso puede ser clasificado como laminar o turbulento. Flujo laminar Es aquel en el que el movimiento de las partículas tiene solamente el sentido y la dirección de movimiento principal del fluido; éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin mezclado significativo, pero con esfuerzos cortantes viscosos significativos si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos. Se puede presentar en conductos cerrados, o abiertos. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que este flujo f lujo es aerodinámico. En el flujo aerodinámico, cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. Otra manera de verlo, es que cuando las fuerzas de inercia del fluido en movimiento son muy bajas, la viscosidad es la fuerza dominante y el flujo es laminar. Flujo turbulento Es aquel en el que las partículas del fluido tienen desplazamiento en sentidos diferentes al del movimiento principal del fluido. El flujo varía irregularmente de modo que sus cantidades muestran una variación aleatoria. En este tipo de flujos al moverse las partículas con movimiento errático tienen como consecuencias el que se presenten colisiones entre ellas (se incrementa la fricción entre las partículas vecinas), y esto genera cambios en la cantidad de movimiento, los cuales se manifiestan como una pérdida de energía y en movimiento rotatorio. En un flujo turbulento los movimientos del fluido varían irregularmente de tal suerte que las cantidades tales como velocidad y presión muestran una variación aleatoria con el tiempo y las l as coordenadas espaciales. Flujo en transición Es aquel donde las líneas de flujo empiezan a pasar de un estado laminar a turbulento. Las líneas de flujo ya no son paralelas, si no ondulares, ordenadas de una manera semiestratificada y con un mezclado leve. Las líneas de flujo se encuentran más desordenadas en el centro del flujo que aquellos cercanos a las paredes. Laminar o turbulento La razón por la cual un flujo puede ser laminar o turbulento tiene que ver con lo que sucede a una pequeña perturbación del flujo. Una perturbación del flujo puede incrementar o disminuir su tamaño. Si una perturbación del flujo en un flujo laminar se incrementa (es decir, el flujo es inestable), el flujo puede llegar a ser turbulento; si la perturbación disminuye, el flujo permanece laminar. El paso de flujo laminar a turbulento es un fenómeno gradual, inicialmente se produce turbulencia en la zona central si se lleva a cabo en un tubo donde la velocidad es mayor, pero queda una corona de flujo laminar entre las paredes del tubo y el núcleo central turbulento. Número de Reynolds El régimen de flujo depende de tres parámetros físicos que describen las condiciones de flujo. El primero es una escala de longitud del campo de flujo, tal como el espesor de una caja límite o el diámetro de un tubo. Si la escala de longitud es suficientemente grande, una perturbación del flujo puede incrementarse y el flujo puede llegar a ser turbulento. El segundo es una escala de velocidad tal como un promedio espacial de la velocidad; con una velocidad suficientemente grande el flujo puede llegar a ser turbulento. El tercero es la viscosidad cinemática; con una viscosidad suficientemente pequeña el flujo puede llegar a ser turbulento. Los tres parámetros se pueden combinar en uno solo que puede servir como herramienta para predecir un régimen de flujo. Esta cantidad es el número de Reynolds. Dicho parámetro es adimensional y se define como: Donde L y v son una longitud y velocidad características, respectivamente respectivamente,, y es la viscosidad cinematica; por ejemplo, un flujo por un tubo, L sería el diámetro y V la velocidad promedio. Comúnmente esta expresado de la siguiente manera, ya que la viscosidad cinemática se define como: Si el número de Reynolds es relativamente pequeño, el flujo es laminar; si es grande, el flujo es turbulento. Esto se formula con más precisión definiendo un numero de Reynolds crítico, Re, de modo que el flujo es laminar si Re< Re crítico. El flujo también puede ser intermitentemente turbulento y laminar; en ese caso se le llama flujo fl ujo intermedio o flujo estacionario. Este fenómeno ocurre cuando el número de Reynolds se aproxima al valor crítico. Epp y condiciones de seguridad: Mediante el DS N°005-2012-TR Reglamento de la Ley 29783, Ley de Seguridad y salud en el Trabajos, tiene como objetivo promover una cultura de prevención de riesgos laborales en el país sobre la observancia del deber de prevención de los empleadores, el orden de fiscalización y control del estado y la participación de los trabajadores y sus organizaciones gremiales. Para hacer uso de las instalaciones del laboratorio de la Universidad se ha contado con los implementos mínimos de seguridad que deben se utilizarse: Guantes de seguridad Lentes de seguridad Zapatos de seg seguridad uridad con p punta unta de acero Mandil. EQUIPO PARA LABORATORIO EQUIPO DE ROTECCION INDUSTRI INDUSTRIAL AL EQUIPOS UTILIZADOS Mesa de flujo laminar y tinta. Cronometro Flexómetro Termómetro Procedimiento: El desarrollo del ensayo consistió de los siguientes pasos que se mencionan en orden a continuación. a) Revisión de to todas das las llaves y válvulas co comprobando mprobando que están cerradas b) Apertura de la válv válvula ula de control de ing ingreso reso del agua d de e la línea, regulando de tal forma que se presente un rebose de agua mínimo. c) Se procede a abrir ligeramente la v válvula álvula de control de salida del agua, girando la manija en un Angulo de 15º aproximadamente. d) El agua que sale es almace almacenada nada en un recipiente cu cubico bico graduado en litros, que está equipado al costado. e) Medición de tiemp tiempo o en el cual iingresa ngresa en v volumen olumen de agua identificable. f) Verificación de temperatura del agua para calcular la viscosidad cinemática del agua en ese momento. g) Apertura de la llav llave e de control de salida del colo colorante, rante, de manera que fluya a través del vidrio h) Se repite el mismo proc procedimiento edimiento cinco vece veces, s, pero cada vez incrementado el caudal según tipo de prueba laminar. Cálculos y resultados Cuadro para determinar los fluidos RESULTADOS DATOS DE LABORATORIO: Longitud vidrio = 0.75 m 21.4 21.3 21.3 Temperatura = Diámetro = Densidad del agua = 997.93 Viscosidad cinemática = 0.978*10-6 1.34 1.44 1.55 1.47 1.56 * (1 (1.472 * 1 10 0 3 )2 4 1.702 *10 6 m2 1. Lamina sin dificultad: Velocidad: v Re e´ 0.75 tp 5.38 0.1394m / s v *D 0.139 * 1. 1.472 * 10 0.97 0.978 8 * 10 3 6 209.21 2. Laminar con fuente: Velocoidad: v Re 1.472mm 5 * D2 4 Área = 21.33º 21.3 3º C 3 0.75 0.12m / s 6.21 v *D 0.12 * 1.472 * 10 0. 0.97 978 8 * 10 6 3 180.61 3. Flujo laminar con sumidero: Velocoidad: v Re 0.75 0.997m / s 7.52 v *D 0.997 * 1. 1.472 * 10 0. 0.97 978 8 * 10 6 3 1500.597 CONCLUSIONES Es evidente como es fácilmente comprobable la relación que existe entre el número de Reynolds y el tipo de flujo que se llega a observar y que es el que se manifestó. Al variar variar el flujo de salida con la llave de paso, podíamos regular el flujo, haciendo que este fuera o muy lento o muy rápido. Es así como pudimos observar los diferentes tipos de flujos que se comprobaban con el cálculo del número de Reynolds. Al llevar a cabo las repeticiones con sus respectivas modificaciones, obtuvimos que el tiempo es un factor tan importante ya que él era el único que modificaba los valores que tomaba Reynolds porque los demás eran constantes. Al ser un tiempo menor se obtenía un flujo turbulento, por lo que, al ir aumentando gradualmente, el número de Reynolds comenzaba a disminuir hasta llegar al flujo transitorio para luego ir hasta el flujo laminar donde el tiempo tomado era muchísimo más que en el turbulento. Sin embargo, los datos arrojaron los siguiente: En ell flujo sin dificultad es del tipo la laminar minar dado que el valo valorr de Reynolds está por debajo de los 2000. En el flujo con fuentes que también es laminar ,debido a que el valor de Reynolds está por debajo de los 2000. En el flujo laminar c con on sumidero donde también arrojo el v valor alor de Reynolds por debajo de los 2000, eso significa que será un flujo de tipo laminar. Observaciones Estar al pendiente de fugas. Que se esté seguro que el flujo pueda llegar a provocar un flujo laminar como turbulento. El tipo de flujo también dependía de la posición de altura de la lla llave ve de paso, por lo que se tuvo cuidado de colocarla justo en la mesa, tanto para mediciones como experimentos. Bibliografías Mott Robert. (2006). “Mecánica de fluidos”. Pearson. 6 ed. Geankoplis, Christie J. (2004). “Procesos de transporte y operaciones unitarias”. Ed.Perentice Hall. 3ra Edición. Streeter, V. L. y E. B. Wylie. (1988). “Mecánica de los fluidos”. McGraw-Hil / Interamericana de México, S.A., México. Fuentes electrónicas http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/laminar_turbulento.htm http://tesis.ipn.mx/xmlui/bitstream/handle/123456789/6754/1809_evalua cion%20del https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2012/389/51453/1/Docum ento3.pdf http://www.ugr.es/~jtorres/t7.pdf
