“AÑO DE LA UNIÓN NACIONAL FRENTE A LAS CRISIS EXTERNA” ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA ASIGNATURA : Laboratorio de Operaciones Unitarias TEMA : Cuba de Reynolds DOCENTE : Ing. Jiménez Escobedo Manuel CICLO : II ALUMNO : J!M!"C! !"#O"IO$ Edgar Martin. HUACHO – PERÚ
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Í NDICE ....................................................................................................................................................2
El siguiente e8periento sobre la cuba de Reynolds- Bue reali>ado para la?isuali>aci%n y calculo de Bluos en diBerentes reg<enes- diBerenciando elBluo lainar HBluo ordenado- lento del B luo turbulento HBluo desordenado-rápido. )e obtienen ?alores para el nGero adiensional de Reynoldsutili>ado en ecánica de Bluidos- diseo de reactores y Ben%enos detransporte par a caracteri>ar el o?iiento de un B luido.
)egGn lo obser?ado pudios presenciar un Bluido lainar cuando lalla?e regulable estaba abierto Fasta un =: J- luego un Bluo de transici%nen un @: y 4: J de abertura- esto Bue segGn todo obser?ado- puescalculando con datos e8perientales cuando la lla?e se encuentr a abierto
en un @:J este toda?<a se encuentra en rgien lainar. )egGn loscálculos en estee8periento no se presento un rgient ur bulento.
TEMA
Introducción
$ continuaci%n se deterinará la naturale>a de un Bluo dado para un Bluidoincopr esible calculando su nGero de Reynolds y as< coprobar si losresultados te%ricos concuerdan con los e8per ientales.
Cuba deReynolds H94A estudi% las caracter<sticas de Bluo de los Bluidos inyectandoun tra>ador dentr o de un l<;uido ;ue Blu<a por una tuber<a. $ ?elocidadesbaas del l<;uido- el tra>ador se ue?e linealente en la direcci%n a8ial. )inebargo a ayores ?elocidades- las l<neas del Bluo del Bluido sedesorgani>an y el tra>ador se dispersa rápidaente despus de suinyecci%n en el l<;uido. El Bluo lineal se denoina Lainar y el Bluoerrático obtenido a ayores ?elocidades del l<;uido se denoina
Cuba dede la ?iscosidad- es necesario eercer una Buer>a para obligar a una capa deBluido a desli>ar sobre otr a.En la Bigura- se representa un Bluido coprendido entre una láinainBerior Bia y una láina superior %? il.
La capa de Bluido en contacto con la láina %?il tiene la isa ?elocidad;ue ella- ientr as ;ue la adyacente a la pared Bia está en reposo. La?elocidad de las distintas capas int eredias auenta uniBoreente entreabas láinas tal coo sugieren las BlecFas. Un Bluo de este tipo sedenoina lainar .
Coo consecuencia de este o?iiento- una porci%n de l<;uido ;ue en undeterinado inst ante tiene la Bora $3CD- al cabo de un cierto tiepo se
deBorará y se transBorará en la por ci%n $3CDN .
)ean dos capas de Bluido de área ) ;ue distan d8 y entre las cuales
e8iste una diBerencia de ?elocidad d?.
La Buer>a por unidad de área;ue Fay ;ue aplicar
es proporcional al
gradiente de ?elocidad. Laconstante de proporcionalidad sedenoina? iscosidad.
En el caso particular- de ;ue la ?elocidad auente uniBoreente- coo seindic% en la priera
Bigura- la e8presi%n anterior tabin se escribe*
En la Bigura- se representan dos eeplos de o?iiento de un Bluido a lolargo de una t uber < a Fori>ontal alientada por un dep%sito grande ;uecontiene l<;uido a ni?el constante. Cuando el tubo Fori>ontal está cerradotodos los tubos anotricos dispuestos a lo largo de la tuber < a arcan la
isa presi%n pp:ρ gF. $l abrir el tubo de salida los an%etros
registran distinta presi%n segGn sea el tipo de B luido.
FLIDOSIDEAL:
Un Bluido ideal HBigura de la i>;uierda sale por la tuber<a con una
?elocidad- - de acuerdo con el teorea de "orricelli. "oda laenerg<a potencial disponible Hdebido a la altura F se tr ansBor a en
FLIDOS" ISCOSOSEn un Bluido ?iscoso HBigura de la derecFa el balance de energ<a es uy diBerente. $l abrir el e8treo del tubo- sale Bluido con una ?elocidadbastante ás pe;uea. Los tubos anot ricos arcan alturasdecrecientes- inBorándonos de las prdidas de energ<a por ro>aiento? iscoso. En la salida- una parte de la energ<a potencial ;ue tiene cual;uier
eleento de Bluido al iniciar el o?iiento se Fa transBorado <ntegraenteen calor. El FecFo de ;ue los an%et r os ar;uen presionessucesi?aente decrecientes nos indica ;ue la prdida de energ<a en Bor ade calor es uniBore a lo largo del t ubo
,iscosidad de algunosl< ;uidos*
TABLA Nº 0: VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS
L) *ui + ,-./0
1 234ms5
ceite der i ci no
92:
A2u :.9: A6co+o6 et )6i co :.92
%6i cer i na 9!7.Mercur i o :.9=
LEY DE&OISEILLE:
Considereos aFora un Bluido ?iscoso ;ue circula en rgien lainar por una tuber<a de r adio interior R- y de longitud L- bao la acci%n de una
Buer>a debida a la diBerencia de pr esi%n e8istente en los e8treos delt ubo.
)ustituyendo & en la B%rula H9 y teniendo en cuenta ;ue el área $ de lacapa es aFora el ár ea lateral de un cilindro de longitud L y radio r.
El signo negati?o se debe a ;ue ? disinuye al auentar r.
&ERFIL DE "ELOCIDADESIntegrando esta ecuaci%n- obteneos el perBil de ?elocidades en Bunci%n dela distancia r adial- al ee del tubo. )e Fa de tener en cuenta ;ue la ?elocidaden las paredes del tubo rR es nula.
Que es la ecuaci%n de una par ábola.
El Bluo tiene por tanto un perBil de ?elocidades parab%lico- siendo la?elocidad á8ia en el centro del t ubo.
&RESIN DE NFLIDODe acuerdo con la ley de pascal- es un punto- un Bluido en reposo generacierta presi%n p ;ue es la isa en todas direcciones. La agnitud de p-
edida coo una Buer>a por área unitaria- depende del peso especiSco T ode la densidad de asa p del Bluido y de la proBundidad > del
punto desde la superBicie del Bluido. La relaci%n puede ser e8presadaateáticaente coo
Donde g es la aceleraci%n debida a la gra?edad. La ecuaci%n anterior es?álida solo para B luidos ;ue se suponen incopresibles- lo cual es el casode la ayor<a de los l< ;uido s. Los gases son Bluidos copresibles- y puesto;ue sus densidades cabian considerableente con la presi%n y lateperatura- la ecuaci%n encionada no puede ser usada.
Los uros de contenci%n ;ue se uestra en la siguiente se aniBiestan loseeplos t<picos de paredes rectangulares e8puestas a una presi%n ;ue?ar<a desde cero- en la superBicie del B luido- Fasta un á8io- en la parteinBerior de la pared. La Buer>a debida a la presi%n de Bluido tiende a tirar la pared o a roperla- en el sitio ;ue está Bia en el Bondo.
La Buer>a real se distribuye sobre toda la superBicie de la pared pero- paraBines de análisis- es con?eniente deterinar la Buer>a resultante y el sitio en
el cual actGa- conocido coo centro de presi%n. Esto es- si la Buer>aentera estu?iera concentrada en un solo punto en ;u lugar estar<adicFo punto y cuál ser<a la agnitud de tal Buer>aV
Cuba deEn la Bigura anterior se uestra la distribuci%n de presi%n sobre el uro decontenci%n ?er tical.Coo se indic% en la ecuaci%n Wp- la presi%n ?ar<a linealente Hcoo unal<nea recta con
respecto de la proBundidad en el Bluido. La longitud de las BlecFas punteadas representa la agnitud de la presi%n en diBerentes puntos sobrela pared. Debido a esta ?ariaci%n lineal en la
presi%n- la Buer>a resultante total puede ser calculada con la ecuaci%n.
En la ;ue es la presi%n proedio y $ es el área total del uro. Pero la presi%n pr oedio
es la ;ue se encuentra en la parte edia del uro y puede calcularseediante la ecuaci%n*
En la ;ue d es la proBundidad total del B luido.
Por lo tanto- teneos*
En la ;ue*T peso espec<Sco del B luidod proBundidad total del B luido $ área total de la par ed
SecciónE=>erimenta6
E*ui>o ? Materia6esEm>6eados
Una cuba de Reynolds- de ?idrio- y e;uipada con tubo de ?idrio yaccesorios. E;uipo inyector de colorante- con tinte apr opiado.
&uente de agua lipia.
Probeta gr aduada.
Cron%et r o.
"er%et r o.
Recientes de plástico H?arios.
Metodo6o2)aE=>erimenta6
9. Estudie la ubicaci%n de todas las ?ál?ulas 4 se sugiere establecer cooescala de abertur a*
!:- :- =:- @:- 4:- 9::J- y Bailiar<cese con la operaci%n del e;u i po.
2. Coience abriendo la ?ál?ula ,X9 y llene la cuba con agua- Fastaalcan>ar una altura 5 ;ue debe antener constante durante el trabaoe8perienta Hdeterinada en Bunci%n de las diensiones de la cuba y la
resistencia ;ue sta pueda oB r ecer.
!. $bra parcialente la ?ál?ula ,X2- en coordinaci%n con la ?ál?ula ,X9- la Binalidad es antener la altura 5 constante del agua en la cuba.
Cuba deEstablecido el rgien de Bluo- ida la teperatura del Bluido- y unnGero adecuado de datos de caudal.
. Regule la ?ál?ula ,X!- de inyecci%n del tinte- y obser?e la naturale>acualitati?a de la l< nea coloreada de Bluo en el tubo de ?idrio- deber egistr arlo.
=. Repita el procediiento- desde la abertura de la ?ál?ula ,X2- para cadauna de las escalas de abertura establecidas de la ?ál?ula ,X2. "erinadoel trabao e8periental- cierre todas las ?ál?ulas- y realice una lipie>ageneral de todo el e;ui po.
Ta9u6ación de Datos E=>erimenta6es Reco6ectadosDimensiones de 6a Cu9a
a5 DIMENSIONES FÍSICAS# INTERNAS Y E(TERNAS:
9:: cH74.4 c
5 2c
!:c
H27.c
!:c
H24.4c
Espesor del ?idrio :.@ c
95 DI<METRO Y LON%ITD DEL T7O DE "IDRIO Y DEL CA@O:
FER!A ;IDROST<TICA Y CENTRO DE &RESIN &ARA LADO 0 YLADO
FER!A ;IDROST<TICA Y CENTRO DE &RESIN &ARA LADO H YLADO
An6isis ? Discusión de Resu6tados
Las edidas de Bluo ;ue se Ficieron Hsalda cao se pudieron toar a partir de una abertura del cao de un :J con una abertura enor a esta- noFab<a salida de Bluo alguno- debido a esto no se pudieron obtener ásdatos.
Los resultados del nGero de Reynolds Bueron deasiados baos- no presentándose as< un B luo turbulento ni de tr ansici%n.
Para los datos en el tubo Hpunto 9 Re ?s. K, 9- Re ?s. Q9- Re ?s. 9 no se
presentaron errores- su coeBiciente de correlaci%n es igual a uno HR9- lasgraBicas respecti?aente tienen un coportaiento lineal- con e8cepci%ndel punto 2- ;ue no correlacionan bien- esto se debe a la posibledeterinaci%n de diáetros a partir del porcentae de abertur a.
Conc6usiones
)egGn lo obser?ado en el tubo se presento el Bluo lainar- transici%n perocon los cálculos reali>ados solo se presentan Bluo lainar al interior delt ubo.
En la parte del Bondo Hlado 9 se eerce ayor presi%n Fidrostática- y lacarga distribuida a lo largo de este lado H9 es constante ya ;ue todos los puntos ;ue se encuentran en este plano están a la isa proBundidaddesde la superBicie del l< ;uido.
$ diBerencia de los lados e8treos la presi%n ?aria linealente con respectoa la proBundidad en el Bluido- el lado ! y = presentan una enor presi%n delBluido Hpresentan enor ár ea.
Recomendaciones
Las edidas se pudieron toar a partir de una abertura del cao de un:J con una abertur a enor a esta no Fab<a salida de Bluo alguno- serecoienda auentar el ni?el de agua en la cuba- para increentar la presi%n dentro y Faya un ayor B luo.
)e recoienda utili>ar un tinte adecuado para la prueba e8periental-debido a ;ue el tinte utili>ado era inorgánico y ás denso ;ue el agua- y con una prueba de otro tinte orgánico era enos denso ;ue el agua con la prueba de estos dos tintes diBerentes no se puede obser?ar bien el tipo deB luo.
Nomenc6atura
Q Caudal
H! Ys ,
,oluen H! t "iepo
Hs $ área deturbulencia H
2
D diáetroH? ?elocidadHYsZ DensidadH[gY
!
\ ,iscosidadHN.sY
2
&luo ásicoH[gYsRe Nuero de ReynoldsHadiensional &r &uer>aFidrostática r esult anteCp Centro de pr esi%nT PesoEspeciB ico
Para Fallar la ?elocidad- para una abertura del 9::J*
( por Gltio el nGero de Reynolds*
( as< se copletan los deás datos de la tabla N :!.
Deducción de Ecuaciones
Dimetro interno de6 cao como Junción de6 >orcenta8e de a9ertura
Coo el Bluo en el punto 2 es anipulado por edio de un cao y estedepende del diáet r o- coo directaente no puede establecerse unaedida- se busca una edida indirecta a partir del porcentae de abertur a.
El diáetro 2 depende del porcentae de abertura del cao se puedeestablecer la siguiente ecuaci%n*
)e sabe e8perientalente ;ue el diáetro interno del cao es9. c : .::9 *
&ara ca6cu6ar 6os datos en e6 >unto 0:
)e sabe por e;ui?alencia ;ue el Bluo ?olutrico o caudal es una relaci%nentre el ?oluen de Bluo y el tiepo ;ue deora en Bluir tal Bluo- pero si
consideraos una tuber<a- tabin puede e8presarse en Bunci%n a la?elocidad del Bluo y el área de secci%n trans?ersal de la tuber<a de lasiguiente anera*
Qu sucederá si en cada registro de datos- el ni?el 5 de agua
utili>ada en la cuba no peranece constanteV
• La ?elocidad de salida del Bluido ?ariar a.
• Debido a ;ue el ni?el del agua eerce una presi%n en la cuba. )idisinuye el ni?el de agua Haltura el Bluo del agua será enor- y ?ice?ersa- y esto ocasionar<a un error en la toa de datos para elcaudal.
)er<a Bactible el eeplo de un tinte orgánicoV &undaente su r espuesta.
• No- por;ue el tinte orgánico es enos denso ;ue el Bluido ;ue lo
contiene- al ser enos denso el tinte se ele?a a la superBicie del tubo y no se aprecia bien el tipo de r gien.
E8pli;ue ;u suceder<a si la longitud del tubo de ?idrio utili>ado se reduce a la
it ad.• No peritir<a la ?isuali>aci%n de Bluos en los diBerentes r eg< enes.
• )egGn la ecuaci%n de 6e ? d e >oi s e ui66 e
La longitud del tubo es in?ersaente proporcional a la ?elocidad- por lotanto si la longitud se reduce auenta la ?elocidad siepre y cuando lasotras ?ariables perane>can constantes.
E8pli;ue ;u suceder<a si el diáetro del tubo de ?idrio utili>ado auenta aldoble.
• )e presentar<a una ?ariaci%n en la ?elocidad- a ayor diáetro la?elocidad disinuye.
• )egGn la ecuaci%n de Reynolds*
Entonces si anteneos la ?iscosidad y la densidad constantes H"cte el nGero de Re auentara si la ?elocidad se antiene.
• Con respecto a la longitud de entrada este auentar<a- ya ;uees dir ectaente
proporcional al diáet r o.
Qu eBectos tendrá el uso de un Bluido ás denso- o enos densoV
• $l ser la densidad directaente proporcional al nGero de
Reynolds- si la densidad auenta el nGero de Reynolds tabin