Instituto Tecnológico de Mexicali Ingeniería Química Materia: Laboratorio Integral I Tema: Práctica Experimento de Reynolds Integrantes: Nombre del profesor Aranda Sierra Claudia Janette Castillo Tapia Lucero Abigail Cruz Victorio Alejandro Joshua De La Rocha León Ana Paulina Guillén Carvajal Karen Michelle Lozoya Chávez Fernanda Viridiana Rubio Martínez José Luis 12490384 11490627 12490696 11490631 12940396 12490402 12490417
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Instituto Tecnológico de Mexicali
Ingeniería Química
Materia:
Laboratorio Integral I
Tema:
Práctica
Experimento de Reynolds
Integrantes:
Nombre del profesor
Norman Edilberto Rivera Pazos
Mexicali, B.C. a 20 de febrero de 2015
Aranda Sierra Claudia Janette
Castillo Tapia Lucero Abigail
Cruz Victorio Alejandro Joshua
De La Rocha León Ana Paulina
Guillén Carvajal Karen Michelle
Lozoya Chávez Fernanda Viridiana
Rubio Martínez José Luis
12490384
11490627
12490696
11490631
12940396
12490402
12490417
Índice
Práctica
Título: “Experimento de Reynolds”
Objetivo 2Introducción 2Marco teórico 3Numero de Reynolds 3
Material, equipo y reactivos 4Procedimiento 5Cálculos 6Análisis 8Observaciones 13Conclusión 13Bibliografía 13
1
Práctica IV
Título:
“Experimento de Reynolds”
Objetivo:
Modificar cada una de las variables (manteniendo a las demás constantes) que están presentes
en el número de Reynolds con el fin de comprobar su relación e impacto que tienen al momento
de calcular dicho número. Así como demostrar que un fluido en una tubería depende de las
variables que conforman el número de Reynolds.
Objetivos específicos:
Modificar la velocidad o flujo de salida del agua utilizando una bomba y un dimmer.
Modificar el diámetro de la tubería a utilizar
Cambiar la densidad del agua utilizando sal, de forma que quede disuelta.
Comparar el número de Reynolds del aceite y del agua teniendo las mismas variables, solo
modificando la viscosidad y un poco la densidad. Esto se realizará con un prototipo.
Verificar el cambio que puede existir en el número de Reynolds al modificar alguna de sus
variables.
Introducción
El número de Reynolds es un gran indicativo de como es el comportamiento de un fluido ya sea
en tuberías o en sistemas que no se puedan ver a simple vista, ya que es un punto de partida
de como al combinar ciertos parámetros (velocidad, diámetro de la tubería, densidad y
viscosidad o viscosidad cinemática), dicha combinación da como resultado un tipo de flujo.
Es por ello, que para un ingeniero químico es tan importante conocer cómo es que dichas
variables afectan al número de Reynolds al ser modificadas ya que este podría crear y diseñar
sistemas de tubería, equipos donde intervengan fluidos o para comprenderlos; por lo que es
necesario conocer su importancia y su afectación.
En cuanto al Experimento hecho por Reynolds, básicamente se basa en el que hicimos en la
práctica anterior, al observar los flujos (laminar, transición y turbulento) al modificar la velocidad.
Es por eso que en esta ocasión observaremos la afectación en el número de Reynolds al
modificar sus variables.
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Marco teórico
Desde hace mucho tiempo se sabe que un fluido puede circular a través de una tubería o un
conducto de dos formas diferentes. A bajas velocidades de flujo, la caída de presión en el fluido
se incrementa directamente con la velocidad del fluido; a altas velocidades se incrementa
mucho más rápido, aproximadamente al cuadrado de la velocidad.
La distinción entre los dos tipos de flujo fue inicialmente demostrado por Osborne-Reynolds,
gracias a su experimento.
Sumergió un tubo horizontal de vidrio en un tanque de vidrio lleno de agua. El flujo de agua a
través del tubo se podía controlar mediante una válvula. La entrada al tubo estaba acampanada
y el suministro se hacía al introducir un firmamento fino de agua coloreada desde un matraz
superior dentro de la corriente de entrada del tubo. Reynolds encontró que, a bajas velocidades
de fluido, el propulsor de agua coloreada fluía intacto a lo largo de la corriente principal sin que
ocurriera un mezclado transversal. El comportamiento de la banda de color mostraba
claramente que el agua estaba fluyendo en líneas recta paralelas. Cuando se aumentaba la
velocidad del flujo, se alcanzaba una cierta velocidad, llamada velocidad crítica, para la cual el
hilo de color se ondulaba y desaparecía gradualmente, a medida que la propagación del color
se distribuía de manera uniforme a través de toda la sección transversal de la corriente de
agua. Este comportamiento del agua coloreada muestra que el agua se desplazaba al azar,
dando lugar a corrientes transversales y remolinos. El flujo lineal se denomina Laminar y el flujo
errático obtenido a mayores velocidades del líquido se denomina Turbulento.
Numero de Reynolds Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del líquido y
de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo másico aumenta las fuerzas del
momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la fricción o fuerzas viscosas dentro del
líquido que fluye. Cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen
cambios en las características del flujo. Reynolds estudió las condiciones bajo las cuales un tipo
de fluido cambia a otro y encontró que la velocidad critica, a la cual el flujo laminar cambia a
flujo turbulento, depende de cuatro variables: el diámetro del tubo, la viscosidad, densidad y
velocidad lineal promedio del líquido.
Según dicho análisis, el Número de Reynolds se definió como la relación existente entre las
fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).
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N ℜ=fuerzas inercialesfuerzas viscosas
= v Dρμo v Dν
Este número es adimensional y puede utilizarse para definir las características del flujo dentro
de una tubería.
El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida de energía causada por
efectos viscosos. Observando la ecuación anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un
efecto dominante en la pérdida de energía, el número de Reynolds es pequeño y el flujo se
encuentra en el régimen laminar (N ℜ≤2000). Si N ℜ≥4000 indican que las fuerzas viscosas
influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento. Entre estos dos valores, o región
de transición, el flujo puede ser viscoso o turbulento, dependiendo de los detalles del sistema,
que no se puede predecir.
Reactivos y materiales por experimento
Variable Material y equipo Reactivo
Velocidad 1 Probeta 1000 ml Agua1 Cronometro 11
Bomba dimmer
1 Vernier 1 manguera ½ in
Diámetro 1 Probeta 1000 ml AguaTubería 1 Cronometro
11
Bomba dimmer
1 Vernier2 manguera ½ in, 1 in1 Conector o difusor
Densidad 1 Probeta 1000 ml Agua1 Cronometro Sal 11
Bomba dimmer
1 Vernier 1 manguera ½ in1 Balanza granataria
Viscosidad 1 Vaso ppt 2500 ml 2 lt de agua1 Cronometro 2 lt de aceite1 Charolas paveras
4
1 dimmer 1 Vernier 2 manguera ½ in1 Silicon o epoxi8 Vasos de fon 12 oz
Procedimiento:
a) Velocidad
1. Limpiar los materiales a utilizar y ordenar el equipo.
2. Poner en la cuba la bomba.
3. Medir la manguera de ½ in con el vernier.
4. Poner la manguera de ½ in en la boquilla de la bomba.
5. Conectar el dimmer a la corriente y a la bomba en el dimmer.
6. Llenar la cuba con agua hasta la línea.
7. Poner el otro extremo de la manguera en la probeta de 1000 ml.
8. Comenzar con un voltaje bajo con el fin de ir aumentando de poco en poco.
9. Registrar los tiempos que tarda en llenar la probeta en todas las repeticiones con el
fin de calcular una velocidad.
10. Calcular la densidad del agua.
11. Calcular el número de Reynolds.
b) Diámetro
1. Repetir los pasos del 1-7 del procedimiento de Velocidad.
2. Mantener el voltaje de la bomba a su capacidad media.
3. Registrar el tiempo en que tarda en llenar la probeta.
4. Repetir dos veces más.
5. Repetir los pasos del 1-7 del procedimiento de la velocidad pero ahora utilizando la
manguera de 1 in. Es necesario unir la bomba con la manguera con un difusor.
6. Repetir paso 3-4.
c) Densidad
1. Repetir paso 1 y 2 del procedimiento de Diámetro a diferencia que en lugar de solo
llenar con agua a la cuba, es necesario diluir sal con el fin de aumentar la densidad.
2. Calcular densidad de la dilución.
3. Repetir paso 3-4 del procedimiento de Diámetro, pero en las repeticiones ir
aumentando la densidad.
5
4. Lavar el material y mayormente a la bomba.
d) Viscosidad
1. En cada charola hacer una perforación de aproximadamente ½ in en el centro.
2. Colocar la manguera de ½ in y sellar con silicón o epoxi para no tener fugas.
3. Lo que se tiene hecho se monta sobre cuatro vasos de fon (vasos del mismo tamaño)
con el fin de evitar dobleces en la manguera.
4. Colocar el extremo de la manguera en el vaso de ppt de 2500 ml.
5. Verter la sustancia de interés en cada charola (los 2 lt).
6. Calcular la densidad del aceite.
7. Calcular el número de Reynolds.
8. Lavar el material.
Nota: Como llevaremos a cabo los cuatro experimentos, uno seguido del otro, al instalar el
primer equipo para el experimento de Velocidad, no será necesario hacer varios pasos en los
siguientes experimentos, ya que estará listo el equipo a utilizar.
Cálculos, resultados y gráficas
Viscosidad
Agua Salmuera Aceite
0.000911 kgms
La del agua 0.016956 kgms
Cada sustancia fue pesada para el cálculo de su densidad. Se pesaron 50 mililitros de cada uno
para llevar a cabo el cálculo. La fórmula utilizada fue: