Mecanica De Fluidos

Resumen El objetivo de esta experiencia es determinar el número de Reynolds crítico en una tubería. Esto se hace por medio de un método visual, por lo que también se puede apreciar transición de flujo laminar a flujo turbulento, al interior del tubo vertical. Las instalaciones necesarias para esta experiencia constaron básicamente de un estanque que estaba en altura, lo que provoca la circulacióndel agua por un tubo transparente en posición vertical. El flujo del agua se controlaba con una válvula, y se hicieron mediciones para diferentes caudales. Para poder apreciar el fenómeno, se introdujo un filamento de agua teñida con anilina. Se hizo un número de mediciones hasta que se acabara el agua del estanque. Para cada medición se calculó el número de Reynolds, lo que se graficó y seobtuvieron los resultados esperados teóricamente, es decir que para los puntos considerados laminares o transitorios visualmente, correspondían efectivamente a los calculados en la teoría.

Introducción a la teoría El número de Reynolds es un número adimensional, el cual permite conocer las condiciones de un determinado flujo de trabajo. Se define el número de Reynolds, Re, en sistemas de tuberíascomo:

(1) En la ecuación (1) se utilizan las siguientes magnitudes, algunas características del fluido de trabajo y otras del sistema:     Re: número de Reynolds [-]. : densidad del fluido ⁄ .

: velocidad del fluido ⁄ . : diámetro de tubería [m].

El flujo puede ser caracterizado de dos formas según como se comporte en un sistema:  Flujo turbulento: en este tipo de flujo las partículasse comportan de manera irregular y siguen una trayectoria sin seguir un orden establecido. Se puede apreciar que en flujos de este tipo se desarrollan esfuerzos cortantes de mayor magnitud que en uno que no posea esta cualidad, al igual que también se dan grandes pérdidas de energía mecánica. Flujos turbulentos se ocasionan por alta rugosidad, gradientes de presión adversos, entre otras. Flujolaminar: se caracteriza porque el movimiento de las partículas se desarrolla en trayectorias regulares, separadas y definidas, dando la impresión de que se trata de láminas o capas prácticamente paralelas. Este flujo se presenta en situaciones donde hay baja viscosidad, velocidades no tan grandes, entre otras.

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A continuación se presentan ambos tipos de flujos dibujados esquemáticamente:Para mantener un determinado tipo de flujo se debe ser cauteloso, pues existe una transición entre ambos. El número de Reynolds tiene directa relación con la determinación de flujo, ya que es éste el que, mediante una cuantificación de su magnitud para el sistema, indica cuál es el tipo de flujo en cuestión.

Procedimiento experimental: Lo que se pretende hacer en este laboratorio es observarel comportamiento laminar o en transición que tiene un fluido al interior de una tubería. Para ello se contó con un estanque de 200 [L] de capacidad, que estaba en altura con el fin de provocar una presión, y con ello la circulación del agua a un depósito de descarga.

Imagen 1: Estanque en elevación cuya capacidad es de 200 [L]

Imagen 2: Depósito de agua que caía del estanque por medio de latubería.

Con ayuda de una válvula se aplicaba estrangulación, lo que permitía la variación de caudal en el sistema. Este caudal se midió mediante una probeta y un cronómetro.

Imagen 3: Probeta graduada que se utilizó para medir caudal. Rango: 0-1000 [ml]. Resolución: 10 [ml]

Imagen 1: Cronómetro utilizado para medir caudal. Resolución: 0,01 [s]

Se dispone de una aguja inyectora deagua mezclada con anilina, al interior del estanque en altura, con el fin de poder apreciar el comportamiento laminar o transitorio del agua al interior de la tubería transparente. Para regular la cantidad de tinta agregada, se constaba con un dosificador, que se regulaba a un caudal en el que se apreciara de forma correcta el fenómeno.

Imagen 5: Recipiente que contiene agua con anilina....