U.M.S.N.H. Facultad de ingeniería Química. Laboratorio de fenómenos de transporte. Practica No. 3: Identificación de un régimen flujo para un fluido que se transporta en un tubo. ING. Marco Antonio Vilchis García. Ordaz Loera Alan Eduardo 1901804H. Monjaraz Ramírez Víctor 1628540A. Pech Amado Josué 1628679C. Morelia Mich. a 18 de septiembre de 2022. 1 Contenido Objetivos: ............................................................................................................................................ 2 Introducción: ....................................................................................................................................... 2 Desarrollo. ........................................................................................................................................... 5 CUESTIONARIO .................................................................................................................................... 6 CONCLUSION ....................................................................................................................................... 7 Bibliografía .......................................................................................................................................... 7 Objetivos: Conocer el funcionamiento del equipo de Reynolds Identificar el régimen respectivo para cada flujo Calcular el número de Reynolds respectivo para cada régimen de fluido Introducción: Numero Reynolds El número de Reynolds es la relación de fuerzas de inercia a fuerzas viscosas y es un parámetro conveniente para predecir si una condición de flujo será laminar o turbulento. Se puede interpretar que cuando las fuerzas viscosas son dominantes (flujo lento, baja Re) son suficientes para mantener todas las partículas de fluido en línea, entonces el flujo es laminar. Incluso Re muy bajo indica movimiento de arrastre viscoso, donde los efectos de inercia son insignificantes. Cuando las fuerzas de inercia dominan sobre las fuerzas viscosas (cuando el fluido fluye más rápido y Re es más grande), el flujo es turbulento. Es un número adimensional compuesto por las características físicas del flujo. Un número creciente de Reynolds indica una turbulencia creciente del flujo. Se define como: RE = donde: V es la velocidad del flujo, 2 ρVD μ D es una dimensión lineal característica (longitud recorrida del fluido; diámetro hidráulico, etc.) ρ densidad del fluido (kg / m 3), μ viscosidad (kg / m.s), Regímenes de numero de Reynolds Flujo laminar. Para fines prácticos, si el número de Reynolds es menor que 2000, el flujo es laminar. Flujo transitorio. En los números de Reynolds entre aproximadamente 2000 y 4000, el flujo es inestable como resultado del inicio de la turbulencia. Estos flujos a veces se denominan flujos de transición Flujo turbulento. Si el número de Reynolds es mayor que 3500, el flujo es turbulento. La mayoría de los sistemas de fluidos en instalaciones nucleares operan con flujo turbulento. Diámetro hidráulico Dado que la dimensión característica de una tubería circular es un diámetro ordinario D y especialmente los reactores contienen canales no circulares, la dimensión característica debe generalizarse. Para estos fines, el número de Reynolds se define como: 𝑅𝐸 = 𝜌𝑉𝐷𝐻 𝜇 Donde DH es el diámetro hidráulico 𝐷𝐻 = 4𝐴 =𝐷 𝑃 3 El diámetro hidráulico, D h, es un término comúnmente utilizado cuando se maneja el flujo en tubos y canales no circulares. El diámetro hidráulico transforma los conductos no circulares en tuberías de diámetro equivalente. Usando este término, uno puede calcular muchas cosas de la misma manera que para un tubo redondo. En esta ecuación, A es el área de la sección transversal, y P es el perímetro humedecido de la sección transversal. El perímetro mojado para un canal es el perímetro total de todas las paredes del canal que están en contacto con el flujo. Según la información anterior se logra entender los comportamientos del líquido con respecto a la velocidad, el tipo de régimen al que pertenecen, también se reconoce como calcular el número Reynolds y los rangos del número adimensional al que pertenece cada tipo de flujo. Se debe tener en cuenta las siguientes definiciones técnicas para tener mejor claridad sobre los tipos de flujo: Definición de fluido. Un fluido es todo cuerpo que tiene la propiedad de fluir, y carece de rigidez y elasticidad, y en consecuencia cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma y adoptando así la forma del recipiente que lo contiene. Los fluidos pueden ser líquidos o gases según la diferente intensidad de las fuerzas de cohesión existentes entre sus moléculas Flujo laminar. En flujo laminar las partículas fluidas se mueven en trayectorias paralelas, formando junto de ellas capas o láminas de manera uniforme y regular como cuando se abre un grifo de agua lentamente hasta que el chorro es uniforme, estable y ordenado. Flujo turbulento. En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, 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. 4 Flujo de transición. Cuando la línea del fluido pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo manteniéndose sin embargo delgada. Su uso adquiere importancia para conocer el tipo de flujo en forma cuantitativa lo que conlleva a conocer la estructura interna del régimen de un fluido en movimiento para estudiarlo detalladamente definiéndolo en forma cuantitativa. Este análisis es importante en los casos donde el fluido debe ser transportado de un lugar a otro. Como para determinar las necesidades de bombeo en un sistema de abastecimiento de agua, deben calcularse las caídas de presión ocasionadas por el rozamiento en las tuberías, en un estudio semejante se lleva a cabo para determinar el flujo de salida de un reciente por un tubo o por una red de tuberías. 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 fluido que fluye dentro de una tubería depende de la velocidad del líquido, el diámetro de la tubería y de algunas propiedades físicas del fluido. 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). Desarrollo. Los datos que hay que tener en cuenta para los posteriores resultados, son los siguientes: 𝐷𝑖 = 1.58𝑐𝑚. T= 22°c 𝜌22°𝑐 = 997.77 𝐾𝑔/𝑚3 𝜇22°𝑐 = 0.3849 ∗ 10−3 𝑘𝑔/𝑚𝑠 En base a los datos anteriores podemos realizar los cálculos de la siguiente tabla: 5 Régimen Laminar t t1 t2 t3 t1 Transición t2 t3 t1 Turbulent t2 o t3 Tiempo Vol. (s) tprom (m^3) 26.73 27.0866666 0.0005 27.5 7 27.03 15.72 15.5633333 0.0005 15.35 3 15.62 11.59 11.6533333 0.0005 11.53 3 11.84 Q (m^3/s) V(m/s) Re 1.84593E-05 0.07590158 9 1407.28202 8 3.21268E-05 0.13210030 3 2449.25546 3 4.29062E-05 0.17642343 1 3271.04512 5 Como podemos observar, los comportamientos de los primeros dos, son acertados en base al flujo que estamos esperando, mientras que el ultimo no llego al resultado esperado, esto puede deberse a que no se realizo el experimento debidamente, lo que se puede hacer para otra ocasión, es aumentar el caudal y de esta manera se lograra tener un flujo turbulento. CUESTIONARIO 1) ¿Explique cuál es el comportamiento de los tres regímenes de flujo en el experimento? En el régimen laminar cada partícula de fluido siguió una trayectoria suave y ordenada la cual formaba una línea recta vertical, mientras que el flujo transitorio se comienza a observar perturbación en la trayectoria suave y ordenada anterior, mientras que el flujo turbulento, como su nombre lo indica, prevalece el caos y la desorganización. 2) ¿Cómo se quita la turbulencia del agua de alimentación? Operando y controlando la válvula de suministro, así como la válvula de drenaje al tanque, tratando de mantener un flujo que no sea turbulento. 3) ¿Para qué sirve saber el número de Reynolds? El número de Reynolds sirve para caracterizar a los fluidos porque describe la relación de fuerzas inerciales y viscosas en un elemento fluido y puede caracterizar la naturaleza del flujo, ya sea laminar o turbulento. 4) ¿Para qué sirve conocer el comportamiento de los fluidos? Es de gran importancia para la ingeniería porque ayuda a describir el movimiento de los fluidos en las tuberías, lo cual es importante para los sistemas de bombeo y transporte de fluidos. 6 CONCLUSION En ciencias como la ingeniería química, es fundamental conocer el comportamiento de los fluidos, para lo cual se requiere el número de Reynolds, con el fin de realizar diseños de tuberías de gran importancia para la industria y otros entornos de aplicación. Se ha logrado comprender el comportamiento de los fluidos el cual se entiende en términos de los números de Reynolds obtenidos mediante los datos experimentales y los resultados obtenidos, además de medir el comportamiento de los fluidos, así como entender el funcionamiento del equipo usado para la realización de esta práctica. Bibliografía connor, N. (20 de enero de 2020). thermal engineering . Obtenido de thermal engineering: https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-el-numero-de-reynolds-definicion/ Corporacion universitaria minuto de Dios . (2015). Numero de Reynolds. Girardot: Corporacion universitaria minuto de Dios. EcuRed. (marzo de 2020). EcuRed. Obtenido de https://www.ecured.cu/N%C3%BAmero_de_Reynolds 7