Práctica 2: Número de Reynolds

INFORME DE LABORATORIO PRÁCTICA 2: NÚMERO DE REYNOLDS

ALICIA JULIANA GIRALDO FEO

alicia.giraldo@estudiantes.uamerica.edu.co

DOCENTE: Carlos A. Mendoza Neira

Universidad de América Campus de los Cerros.

1. OBJETIVOS:

• Calcular el Número de Reynolds para un sistema de flujo y observar el cambio de régimen con ayuda de una tinta disuelta en el agua.
• Demostrar el experimento de Osborn Reynolds.
• Determinar los Números de Reynolds para flujos laminares y turbulentos.

2. MARCO TEÓRICO:

El número de Reynolds (NRE) es un parámetro adimensional cuyo valor indica si el flujo sigue un modelo laminar o turbulento, que relaciona las propiedades más importantes de flujo y permite determinar si el régimen del mismo, es laminar, turbulento o de transición.

En resumen, es la relación entre fuerzas viscosas y fuerzas gravitacionales. Si el Reynolds es  bajo, indica que prevalecen las fuerzas viscosas y el régimen de flujo es laminar (la transmisión de la cantidad de movimiento en el fluido se da entre capas laminares). Por el contrario, si el Reynolds es alto, no influyen tanto las fuerzas viscosas y el régimen es turbulento (el movimiento no se da por capas, sino desordenadamente, por remolinos y cambia el perfil de velocidad del fluido).Visualmente, si se agrega una tinta al fluido, se verá como una línea en régimen laminar; en cambio, para el régimen turbulento se disolverá coloreando todo el fluido.

El número de Reynolds depende de la velocidad del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro  equivalente y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica.

En una tubería circular se considera:

Re < 2300 El flujo sigue un comportamiento laminar.

2300 < Re < 4000 Zona de transición de laminar a turbulento.

Re > 4000 El fluido es turbulento.

3. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y/O MATERIALES:

Módulo Básico Gunt HM 150.

4. MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS:

1. Instalar el Módulo HM 150.18 sobre Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 12, y la manguera de salida del módulo a un desagüe, de tal manera que no se tiña el agua del depósito de la bomba.
2. Cerrar la válvula de salida de la bomba, la válvula N° 11 y la válvula N° 1, de salida del módulo.
3. Manteniendo cerrada la válvula N° 7, llenar con tinta el depósito N° 8.
4. Poner en funcionamiento la bomba, abriendo lentamente la válvula de salida de la misma.
5. Abrir un poco la válvula N° 11, con lo cual el agua sube por el tubo rebosadero N° 10 hasta el depósito de reserva N° 9, llenando enseguida el tubo N° 3.
6. Abrir un poco la válvula de salida N° 1, regulando un flujo tal que se mantenga un nivel  constante en el depósito N° 9, manipulando también la válvula N° 11. No debe permitirse que se llene completamente el depósito, ni que se suspenda el flujo hacia la pieza de salida N° 5.
7. Medir con la jarra aforada el mayor volumen de agua que pueda medirse con precisión, tomando el tiempo con el cronómetro suministrado, con el fin de determinar el caudal empleado.  Anotar en la planilla los datos de volumen y tiempo.
8. Abrir ligeramente la válvula N° 7, del depósito de tinta, de tal manera que se observe la entrada de la tinta a la corriente de agua en el tubo N° 3.
9. Si el flujo es laminar, se observará una línea de tinta recta, que no se mezcla con el agua. Cerrar inmediatamente la válvula N° 7, del depósito de tinta. Anotar en la planilla cómo se observa el régimen.
10. Regular nuevamente un caudal un poco mayor, repitiendo los Pasos 5, 6 y 7.
11. Deben hacerse varios ensayos cambiando el caudal, de tal manera que se vaya incrementando el Número de Reynolds, observando cuándo se consigue la transición de régimen laminar a régimen turbulento.
12. Terminado el experimento debe hacerse limpieza al depósito de tinta.

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS:

Tabla 1. Datos para el cálculo del caudal.

	Volumen (m3)	Tiempo (s)	Caudal (m3/s)
Régimen turbulento	0,001	29,10	3,4364*10-5
Régimen de transición	0,001	104,32	9,5859*10-6
Régimen laminar	0,0004	105,60	3,7879*10-6

NOTA: Los regímenes anteriores fueron determinados visualmente por lo que su exactitud puede variar.

Área:

Cálculo de velocidades:

Cálculo del número de Reynolds:

Según lo anterior, el régimen estimado visualmente como turbulento, es, efectivamente, turbulento ya que el número de Reynolds es mayor a 4000, mientras que los determinados de transición y laminar son ambos laminares, ya que ambos números de Reynolds son menores a 2300.

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS:

En el laboratorio se determinó visualmente el régimen de flujo, por los números de Reynolds obtenidos a partir de las velocidades, se puede decir que fue bastante acertada la determinación, ya que se obtuvo 1 régimen turbulento y 2 laminares.

Fotos del laboratorio:

 Figura 1. Módulo sin tinta.

 Figura 2. Régimen turbulento.

 Figura 3. Régimen de transición.

 Figura 4. Régimen laminar.

 Figura 5. Régimen laminar.

Figura 6. Régimen turbulento. 

Figura 7. Régimen de transición. 

7. CONCLUSIONES:

• Gracias al azul de metileno disuelto en agua, se pudo determinar visualmente el régimen por el que pasaba el fluido, ya que si la tinta iba como un hilo a lo largo del tubo era régimen laminar, si iba un poco más desordenado por partes, pero todavía en forma de hilo, era régimen de transición y si la tinta se veía turbia e inquieta, era régimen turbulento.
• En el laboratorio se obtuvo régimen turbulento con número de Reynolds de 6274,8993 y régimen laminar con Reynolds 691,8792, pero no se obtuvo régimen de transición, ya que el que se esperaba fuera de transición tuvo un Reynolds de 1750,2013.