- Parte I - Objetivo -

En esta primer parte del informe nos encontramos con el objetivo de la experiencia de Reynolds.

“En la cual la misma es determinar cómo varían las pérdidas de energía en una tubería dependiendo de la velocidad del fluido y a partir de esta variación clasificar el flujo como turbulento o laminar ” Dando a esa definición como el objetivo principal.

Teniendo En Cuenta una definición del objetivo más conceptual podemos apreciar la siguiente:

“ Relacionar la velocidad y las propiedades físicas de un fluido, así como la geometría del ducto por el que fluye con los diversos patrones de flujo ”

Un Objetivo que de hecho es mas generalizador es simplemente la obtención de número de Reynolds ayudándonos para el manejo de flujos en diferentes condiciones.

• Parte II - “Desarrollo Teórico” -
  

En su desarrollo teórico Empezaremos por la explicación de la clasificación de un flujo turbulento y uno laminar, debido a que en el objetivo fueron mencionados sin especificar su significado.

Fluido Turbulento Y Laminar

Flujo Turbulento:

“La ecuación que gobierna este flujo es la de Darcy Weisbach”

Otra Redacción:

“El flujo turbulento ocurre cuando el número de Reynolds es mayor que 4000”

Flujo laminar:

  

Esta relación muestra que el gradiente hidráulico (hf/L) es directamente proporcional a la velocidad media del flujo (hf/L  v).

Desarrollo Teórico: El Número De Reynolds

Es un numero adimensional utilizado en mecánica de fluidos diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracteriza el moviendo de un fluido.

Como todo número adimensional es un cociente, una comparación, en este caso es la relación entre los términos conectivos y los términos viscosos de las ecuaciones de Navier Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos.

Equivalentemente por:

Por ejemplo, un flujo con un número de Reynolds alrededor de 100.000 (típico en el movimiento de una aeronave pequeña, salvo en zonas próximas a la capa límite) expresa que las fuerzas viscosas son 100.000 veces menores que las fuerzas convectivas, y por lo tanto aquellas pueden ser ignoradas. Un ejemplo del caso contrario sería un cojinete axial lubricado con un fluido y sometido a una cierta carga. En este caso el número de Reynolds es mucho menor que 1 indicando que ahora las fuerzas dominantes son las viscosas y por lo tanto las convectivas pueden despreciarse. Otro ejemplo: En el análisis del movimiento de fluidos en el interior de conductos proporciona una indicación de la pérdida de carga causada por efectos viscosos.

ρ: densidad del fluido

vs: velocidad característica del fluido
D: diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema

μ: viscosidad dinámica del fluido

ν: viscosidad cinemática del fluido

Teoría: Diagrama De Moody

Es la Representación Grafica en escala doblemente logarítmica del factor de fricción de función del número de Reynolds y la rugosidad relativa de una tubería.

- Parte V - Instalación Ensayada -

• Parte VII - Instrumentos Utilizados

• Tubos piezométricos

- Rotámetro:

• Parte VII - Conclusiones

• Pudimos observar que el flujo turbulento parecía caótico y no uniforme, y existe bastante mezcla del fluido. Una corriente de azul de metileno que fuera introducida en el flujo turbulento, inmediatamente se dispararía en el flujo principal del sistema como se presentó en la práctica del laboratorio.

• Los valores del número de Reynolds están supeditados a errores en el aparato ya que por falta de mantenimiento su precisión se ve afectada; por eso nos resultaron flujos turbulentos a bajos caudales.

• Al calcular el numero de Reynolds en el laboratorio y observando el comportamiento del fluido podemos constatar que su valor oscila en un rango muy cercano al de su valor teórico.

• El número de Reynolds es fundamental para caracterizar la naturaleza del flujo y así poder calcular la cantidad de energía perdida debido a la fricción en el sistema.

Una conclusión más generalizadora seria la cual se desarrolla de la siguiente manera:

• Parte III - Descripción De La Experiencia Realizada.

Cuando Hablamos de descripción, Nos referimos a seguir un procedimiento y desarrollarlo, en el mismo desarrollo es donde lo describimos. Tomamos de base una descripción Estándar Y posiblemente variable, pero si aplicable a estos ensayos.

Mediante la realización del ensayo;

• Se debe mantener el aparato sin vibración ya que hay flujos difíciles de determinar, y el azul de metileno se puede distorsionar muy fácil, además debe estar constante el nivel del agua en el tanque de suministro.

• Se abra la válvula del tanque y se empieza a observar que flujo toma el agua, con ayuda del azul de metileno.

• Se da paso al fluido con el rotámetro girando la perilla que va a graduar el gasto de 0.1 a 1 GPM ( galones por minuto ), e hicimos mediciones cada 0.1 hasta 0.9 e ir observando el tipo de flujo que indica el trazo del azul de metileno dentro del tubo.

• Se miden la distancia entre los puntos de los piezómetros y el diámetro del tubo.

Foto Del Ensayo

- Teórema De Bernoulli (Venturi) - Parte I - Objetivo -

Aunque el ensayo y la experiencia sea distinta ala anterior (Informe De Reynold) se establece una relación como podemos ver en el primer objetivo que destacamos “analizar la variación del coeficiente de descarga del orificio con el numero de Reynolds” (Para mas desarrollo se puede ver en la página 4 del informe).

• Parte II - “Desarrollo Teórico”

El Desarrollo teórico No abarca Varios Temas, pero sin embargo los que participan en el mismo, son muy importantes; Desde la ecuación de Bernoulli y su teoría hasta el principio de Vasos Comunicantes.

Cuándo la velocidad de un fluido en cualquier apunto dado permanece constante en el transcurso del tiempo, se dice que el movimiento de l fluido es uniforme. Esto es, en un punto dado cualquiera, en un flujo de régimen estable la velocidad de cada partícula de fluido que pasa es siempre la misma. En cualquiera otro punto puede pasar una partícula con una velocidad diferente, pero toda partícula que pase por este segundo punto se comportar allí de la misma manera que se comportaba la primera partícula cuando paso por este punto. Estas condiciones se pueden conseguir cuando la velocidad del flujo es reducida. Por otro lado, en un flujo de régimen variable, las velocidades son función del tiempo. En el caso de un flujo turbulento, las velocidades varían desordenadamente tanto de un punto a otro como de un momento a otro.

Describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente, expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.

Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:

• Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.

• Caudal constante

• Flujo incompresible, donde ρ es constante.

• La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo irrotacional

Aunque el nombre de la ecuación se debe a Bernoulli, la forma arriba expuesta fue presentada en primer lugar por Leonhard Euler.

Un ejemplo de aplicación del principio lo encontramos en el flujo de agua en tubería.

Influencia Teórica Importante: “Vasos Comunicantes”

Nombre que recibe un conjunto de recipientes comunicados por su parte inferior y que contienen un líquido homogéneo; se observa que cuando el líquido está en reposo alcanza el mismo nivel en todos los recipientes, sin influir la forma y volumen de éstos.

Esto se debe a que la presión atmosférica y la gravedad son constantes en cada recipiente, por lo tanto la presión hidrostática a una profundidad dada es siempre la misma, sin influir su geometría ni el tipo de líquido. Blaise Pascal demostró en el siglo XVII, el apoyo que se ejerce sobre una mol de un líquido, se transmite íntegramente y con la misma intensidad en todas direcciones (Principio de Pascal).

Parte III - Descripción De La Experiencia Realizada.

1. Llenar el tanque de alimentación hasta dos terceras partes de su capacidad.
2. Acoplar el motor a la bomba que se va a utilizar.
3. Verificar que el tanque receptor tenga capacidad de recepción para recibir lo que se va a bombear.
4. Alinear la tubería de manera de usar sólo la línea de 2 pulg.
5. Poner a funcionar la bomba y medir la cantidad de agua bombeada en un cierto tiempo usando el indicador de nivel del tanque de alimentación y un cronómetro.
6. Al mismo tiempo tomar las lecturas de los manómetros diferenciales.
7. Medir las distancias a las que se encuentran colocadas la toma de presión en los medidores orificio y venturi.
8. La operación se repite varias veces modificando el flujo con la válvula de descarga de la bomba empleada.

Lo desarrollado anteriormente fue parte de la descripción del procedimiento del ensayo.

Tras hacer el ensayo, surgieron más datos notables y variables relacionadas con la energía.

¿Qué Tipos de energía?

Una Energía Potencial Denominada Por la altura.

Una Energía Cinética = EV = V^2 / 2.a gravedad

¿Como asociamos la energía con el ensayo? Bueno imaginemos que nos ubicamos en una montaña en el cual tenemos un sistema de agua corriente, en la cima de la misma ubicamos el mayor caudal de agua para repartir alas viviendas, y vamos repartiendo hasta bajar hasta el termino de la montaña, lógicamente, el agua de la ultima vivienda (estaría ubicada en la parte mas baja de la montaña) llegaría con mas energía.

EP

“Representación De Energías”

Z

EC

Esto Mismo ala ves se asocia al principio de los vasos comunicantes, ¡como habíamos hablando antes! Y la relación se establece ya que, si queremos subir esa agua hacia el punto de inicio, ¡lo vamos a hacer con el principio!

-Parte V - Instalación Ensayada -

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  Parte VII - Instrumentos Utilizados

Básicamente En Este Ensayo No se utilizan instrumentos externos hablando de herramientas para obtener resultados o herramientas que colaboren con el mismo. Pero si nos referimos a nivel interno de la instalación ensayada podemos observar, El Tubo Venturi, se trata de un tubo de diferentes diámetros a través del cual se hace fluir el líquido, El Tanque, Las Válvulas, tanto como la de entrada y la de salida, o como el motor y a su vez el carburador, Etc.

 Turbina - Vernier - Barómetro

• Parte VIII - Conclusiones

Luego de haber realizado este proyecto se puede decir que el Tubo de Venturi es un dispositivo, el cual puede ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales nos topamos diariamente.

Se observo que la conforme una apertura sea más pequeña atreves del flujo de cualquier fluido su velocidad va aumentar, como lo dice el efecto venturi.

No fue tan fácil obtener buenas medidas, ya que escapa cierta cantidad de aire atreves de los ensambles del tubo de venturi y la turbina, además que lo orificios que están en el tubo de venturi igualmente permitían la salida de aire, cambiando la presión y los datos que deberíamos obtener, debido a esto es un valor aproximado al real el que se presento en esta práctica.

Además, se suscito un problema, debido a que, al momento de medir la presión en los diferentes orificios del tubo, cuando llegamos a la medición de presión negativa, el barómetro arrojo una pequeña parte del liquido que contenía, cambiando así los valores de la presión de los últimos orificios.

10

Grupo Número 3 - 5° Construcciones - 10 de mayo del 2011

En el cual podemos destacar 1 objetivo expresado de tres formas distintas, objetivo generalizador, Conceptual y con fácil redacción.

Movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos periódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.

En el flujo Turbulento, las partículas de fluido no permanecen en capas, sino que se mueven en forma heterogenia a través del flujo, deslizándose mas allá de otras partículas y chocando con algunas otras de manera por completo azarosa que produce un mezclado rápido y continuo del flujo.

En el flujo laminar, la agitación de las partículas del fluido des solo de naturaleza molecular están restringidas a moverse en trayectorias esencialmente paralelas, debido ala acción de la viscosidad.

Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales como, por ejemplo la glicerina en un tubo de sección circular. Las capas no se mezclan entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que este flujo es aerodinámico. En el flujo aerodinámico, cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente.

La pérdida de energía es proporcional a la velocidad media. El perfil de velocidades tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo.

Se da en fluidos con velocidades bajas o viscosidades altas, cuando se cumple que el número de Reynolds es inferior a 2300.

Principio De Reynolds

Tomar la temperatura del agua (otra sustancia) y medir el diámetro interno de la tubería y la distancia entre piezómetros (L).

Verificar que el conducto esté horizontal

Sacar el aire que pueda haber en los piezómetros.

Verificar que el nivel de ambos piezómetros es el mismo con la
válvula cerrada.

Tomar medidas de tiempo y volumen recolectado y diferencia de altura entre los piezómetros, en repetidas ocasiones para distintos caudales.

En el caso de flujo laminar el factor de fricción depende únicamente del numero de Reynolds. Para flujo turbulento, el factor de fricción depende tanto del numero de Reynolds como de la rugosidad relativa de la tuviera, por eso en este caso se presenta mediante una familia de curvas, una para cada valor de parámetro K/D , donde K es el valor de la rugosidad absoluta , es decir la longitud (habitualmente en milímetros) de la rugosidad directamente medible en la tubería.

h1 = cabeza de presión en 1
h2 = cabeza de presión en 2
hf = pérdida de energía para una longitud L de tubo
A = válvula para controlar la salida de caudal (Q)

El tanque debe mantener un nivel constante. La tinta sirve para determinar si el flujo está comportándose como laminar o turbulento.

• Aparato de Reynolds

• Termómetro

• Tubos piezométricos

• Rotámetro

• Calibrador y cinta métrica

Recipiente y probeta graduada

El tubo piezométrico es, como su nombre indica, un tubo en el que, estando conectado por uno de los lados a un recipiente en el cual se encuentra un fluido, el nivel se eleva hasta una altura equivalente a la presión del fluido en el punto de conexión u orificio piezométrico, es decir hasta el nivel de carga del mismo.

Los rotametros son instrumentos diseñados para la medición y control de caudales, gases y líquidos. Fabricamos caudalímetro desde 1 ml/h hasta 1000000 lts/min. La unidad de lectura vendrá especificada en la unidad de preferencia del usuario (lts/h, g/min, mtr^3/h, scfh, lbm/min, scfm, etc, etc), es decir, lectura directa de caudal.

Gracias Al Ensayo de Reynolds podemos ver cómo varían las pérdidas de energía teniendo en cuenta la velocidad del fluido Con estos propios valores podremos clasificar el flujo como turbulento o laminar cumpliendo el objetivo de este ensayo.

Teórema De Bernoulli (Venturi)

- Analizar la variación del coeficiente de descarga del orificio con el número de Reynolds.

- Determinar la relación que existe entre el caudal y la diferencia de nivel en un tubo Venturi.

- Estudiar el efecto, funcionamiento y las aplicaciones tecnológicas del Tubo Vénturi,

-[Fundamento Teórico Generalizado]-

El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli

• V = velocidad del fluido en la sección considerada.

• g = aceleración gravitatoria

• z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

• P = presión a lo largo de la línea de corriente.

• ρ = densidad del fluido.

Fundamento Teórico: La ecuación de bernoulli es valida bajo las siguientes condiciones:

El fluido es incompresible (o sea, su densidad permanece constante)

El Fluido no tiene efectos de rozamiento (o sea, es un fluido ideal) por lo que no se producen perdidas de energía mecánica por rozamiento.

El flujo es estacionario, no turbulento. La velocidad del fluido en cualquiera punto no varia durante el periodo de observación.

“Este tema, toma valor debido a que abarca principios del mismo cuando hablamos de Tubo Venturi”

Los cambios de sección de paso que se producen en el tubo de Venturi
provocan cambios de velocidad y de presión. En la garganta del tubo de Venturi la velocidad alcanzará su
valor máximo y la presión descenderá hasta su valor mínimo. La acusada depresión creada en la garganta del
tubo de Venturi recibe el nombre de Efecto Venturi.

Descripción Generalizadora:

“Una Bomba manda caudales constante através de una válvula, este caso las válvulas son dos, una de entrada y otra de salida. El Mismo Consta con un Tanque”

“Así como la explicación de la energía cinética o el principio de los vasos comunicantes, establecemos una relación con la vida cotidiana y el ensayo”