cristal

LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA I
PRÁCTICA 8
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO. EXPERIMENTO DE REYNOLDS
27-30/09/2013


1. OBJETIVO
El principal objetivo de esta práctica es determinar cuando un fluido fluye en régimen laminar, transitorio o turbulento. Para ello deberemos utilizar tinta, la cual se desplazará en forma de laminas paralelas (régimen laminar ≤ 2100), formando torbellinos ycolorando gran parte del agua (régimen turbulento ≥ 4000) o bien en un estado intermedio entre la laminaridad y el desorden (2100 ‹ régimen de transición ›4000).
Como ya hemos estudiado en fenómenos del transporte el número de Reynolds dependerá del caudal y de las dimensiones del recipiente, así como de las propiedades físicas del fluido (densidad y viscosidad).
Como en nuestra practica el fluidocircula por una tubería circular recta, la fórmula utilizada para conocer el régimen del fluido para cada caudal será:


2. PROCEDIMIENTO
Antes de comenzar a trabajar con el dispositivo experimental deberemos hacernos una idea de cuáles serán los caudales límite que suponen el paso de un régimen a otro. Para ello utilizaremos la fórmula que aparece en el apartado 1. Tomaremos como númerosde Reynolds 2100 y 4000.
Véase en la tabla 1 los caudales obtenidos. Para poder calcularlos tomamos como datos la densidad y la viscosidad del agua y el diámetro del tubo. Después haremos los cambios de unidades necesarios para que el caudal obtenido tenga unidades de l/h




Re
Q (L/h)
2100
296,88
4000
565,49
Datos:
ρ agua (kg/m3)
1000
μ agua (kg/ms)
0,001
D tubo (m)
0,05De esta manera se llega a la conclusión que para estar en régimen laminar deberemos tener caudales inferiores a 297 l/h. En el caso de tener caudales mayores a 565 l/h estaremos en régimen turbulento, y finalmente el régimen transitorio estará en caudales oscilantes entre los dos anteriores.

2.1 Calibración del medidor

Antes de comenzar a realizar el calibrado del medidor de orificiodeberemos familiarizarnos y conocer el dispositivo experimental, para evitar así cometer errores durante el experimento.
En esta primera parte de la práctica la válvula V3 se mantendrá cerrada, ya que no nos interesa aún medir los distintos regímenes que se dan en el dispositivo. El tanque A (de donde sale el agua) debe estar lo suficientemente lleno, mientras que el tanque K (por donde sale), porel contrario deberá tener poco agua para evitar que rebose al abrir la válvula de paso de agua. Será la válvula 4 (siempre abierta) la que vaya eliminando el agua del tanque K.
Para medir los caudales será necesario que la bomba este abierta. Mediante diferentes aperturas de V1, que provocarán diferentes valores de Δh, iremos calculando los caudales.
Mediremos tres veces el tiempo que se tardaen llenar un litro de agua para cada Δh con el objetivo de reducir al máximo los errores cometidos en la obtención de los datos experimentales. En la tabla 2 se puede apreciar los caudales obtenidos para cada Δh.
Como curiosidad destacar que a medida que aumenta Δh los tiempos de llenado de un litro son cada vez más próximos, lo que se debe a un aumento del caudal y por tanto del valor delnúmero de Reynolds. Por ello dejamos de medir caudales cada 10 mm de Δh ya que los tiempos serán muy similares y pasaremos a medirlos cada 20 mm.
Al realizar el calibrado nos encontramos con dificultades. Nuestro límite de válvula (máximo Δh) se encontraba a 180 mm lo que se debía a una obstrucción en el filtro. Una vez la profesora corrigió el problema nos propuso tomar 3 nuevas medidas: una para elnuevo limite (Δh= 320) y dos intermedias (Δh=220 y Δh=280).



Tabla 2:
∆h (mm)
t1 (s)
t2 (s)
t3 (s)
t media (s)
Q (L/h)
10 -5
66,2
65,8
69,8
67,27
54
20-10
37,8
38,4
38,9
38,37
94
30-15
29,1
29,4
29,6
29,37
123
40-20
24,8
24,6
24,5
24,63
146
50-25
22,1
22,2
21,7
22,00
164
60-30
19,6
19,2
19,7
19,50
185
70-35
17,9
18,2
18,4
18,17
198
80-40...