cuba de reynolds

LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA I

CUBA DE REYNOLDS

CRUZ ESPINOLA DENIS - 1126120176

ING. DÍAZ CÓRDOVA ZOILA GRUPO HORARIO: 02Q

14 DE ABRIL DEL 2015

Laboratorio de Ingeniería Química I - 02q Ciclo 15A

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Contenido

INTRODUCCION ............................................................................................................................ 2

I. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 3

II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS................................................................................................. 3

III. METODOLOGÍA .................................................................................................................. 5

IV. CONCLUSIONES .............................................................................................................. 12

V. RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 12

VI. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 12

ANEXOS


2

INTRODUCCION

El presente informe tiene como finalidad demostrar los conocimientos teóricos con la

práctica, mediante un proceso de recolección de datos en laboratorio que

posteriormente son tratados basándonos en los teoremas y utilizando los fundamentos

teóricos pertinentes. Este informe en general consta de tres partes; en la primera se

exponen todos los argumentos teóricos que nos serán de utilidad para desarrollar la

segunda parte del informe; que consistente en procesar la información o datos

recopilados en laboratorio con la finalidad de demostrar la teoría planteada. La tercera

parte se dedica a mostrar los resultados más relevantes que se obtuvieron en la

segunda parte, también se puntualizan las respectivas conclusiones y las

recomendaciones.


3

I. OBJETIVOS

Conocer el manejo de la cuba de Reynolds.

Observar si el flujo es laminar o turbulento.

Cuantificar el número de Reynolds

II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

ANTECEDENTES:

Reynolds (1874) estudió las características de flujo de los fluidos inyectando un

trazador dentro de un líquido que fluía por una tubería. A velocidades bajas del líquido,

el trazador se mueve linealmente en la dirección axial. Sin embargo a mayores

velocidades, las líneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se dispersa

rápidamente después de su inyección en el líquido. El flujo lineal se denomina Laminar

y el flujo errático obtenido a mayores velocidades del líquido se denomina Turbulento

FUNDAMENTOS:

1. Flujo Laminar Las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de trayectorias uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido, dirección y magnitud. Suele presentarse en los extremos finales de los laterales de riego y en microtubos de riego. En tuberías de sección circular, si hacemos un corte transversal, las capas de igual velocidad se disponen de forma concéntrica, con v > 0 junto a las paredes de la tubería y velocidad máxima en el centro. Corresponde el régimen laminar a bajos valores del número de Reynolds y suele darse a pequeñas velocidades, en tubos con pequeño diámetro y con fluidos muy viscosos (aceites). En estas condiciones, las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia.

2. Flujo Transicional El flujo laminar se transforma en turbulento en un proceso conocido como transición; a medida que asciende el flujo laminar se convierte en inestable por mecanismos que no se comprenden totalmente. Estas inestabilidades crecen y el flujo se hace turbulento.


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3. Flujo Turbulento Las partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas, desordenadas, con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del flujo, y por tanto el número de Reynolds, la tendencia al desorden crece. Ninguna capa de fluido avanza más rápido que las demás, y sólo existe un fuerte gradiente de velocidad en las proximidades de las paredes de la tubería, ya que las partículas en contacto con la pared han de tener forzosamente velocidad nula. Dentro del régimen turbulento se pueden encontrar tres zonas diferentes:

RÉGIMEN TURBULENTO LISO: las pérdidas que se producen no dependen de la rugosidad interior del tubo. Se presenta para valores del número de Reynolds bajos por encima de 4000.

RÉGIMEN TURBULENTO DE TRANSICIÓN: las pérdidas dependen de la rugosidad del material del tubo y de las fuerzas de viscosidad. Se da para números de Reynolds altos, y depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa.

RÉGIMEN TURBULENTO RUGOSO: Las pérdidas de carga son independientes del número de Reynolds y dependen sólo de la rugosidad del material. Se da para valores muy elevados del número de Reynolds.

Sabemos:


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III. METODOLOGÍA

a. Procedimiento Experimental

Llenar la cuba de Reynolds con agua y esperar que cese cualquier clase de

movimiento.

Medir el diámetro de la tubería de vidrio.

Colocar el colorante en el depósito y ajustar la válvula de este depósito de tal

manera que el flujo del colorante es el mínimo posible y no altere el régimen

que se espera obtener.

Medir la temperatura del agua estática que contiene el recipiente.


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b. Recolección de datos

Antes de la experiencia:

Diámetro interno del tubo = 1 cm <> 10-2 m

Temperatura = 26 ºC, gracias a la temperatura podemos obtener, la densidad y

la viscosidad dinámica del fluido (Agua):

𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 996.8128 𝐾𝑔

𝑚3

𝜇𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 8.71𝑥 10−4 𝐾𝑔

𝑚 . 𝑠

𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 = 7.854 𝑥 10−5 𝑚2

Se realizaron 5 medicines a partir de la variación del caudal de salida.

Se toma el volumen y a su vez se controla el tiempo…


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TABLA 1

MEDICION VOLUMEN (mL) TIEMPO (s)

I

370 12.87

300 10.30

220 7.51

II

470 7.66

395 6.35

375 6.30

330 5.24

III

340 4.49

440 6.12

415 5.31

360 4.53

IV

410 5.30

390 4.60

340 4.31

280 3.44

V

175 13.71

130 10.37

105 8.43

100 7.92


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c. Cálculos y resultados

De los datos tabulados, podemos determinar el número de Reynolds con ayuda de la

siguiente formula:

𝑹𝒆 = 𝝆 𝒗𝒔 𝑫

𝝁… (∗)

Como sabemos “Re” es adimensional, sabemos que al caudal para poder obtener la

velocidad, debemos dividir entre el área transversal.

PARA I (FLUJO TURBULENTO)

𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 370 + 300 + 220

3= 296.667 ∗ 10−3 𝐿

𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 12.87 + 10.3 + 7.51

3= 10.227 𝑠𝑒𝑔

Calculando el caudal:

𝑄 = 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚

𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚=

296.667 ∗ 10−3

10.227= 0.029 𝐿/𝑠

Luego la velocidad del fluido:

𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴=

0.029 𝐿/𝑠

7.854 𝑥 10−5 𝑚2= 334.4838

𝐿

𝑚2 . 𝑠 ∗

1 𝑚3

1000 𝐿 = 0.36935481 𝑚/𝑠

Reemplazando en (*)


𝝁=

996.8128 𝐾𝑔 𝑚3 ∗ 0.3344838

𝑚

𝑠 ∗ 10−2m

8.71𝑥 10−4 𝐾𝑔

𝑚 . 𝑠

= 𝟒𝟐𝟐𝟕. 𝟎𝟔𝟕𝟕𝟐


9

PARA II (FLUJO TURBULENTO)

𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 470 + 395 + 375 + 330

4= 392.5 ∗ 10−3 𝐿

𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 7.66 + 6.35 + 6.30 + 5.24

4= 6.3875 𝑠𝑒𝑔




392.5 ∗ 10−3

6.3875= 0.06144814 𝐿/𝑠


𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴=

0.06144814 𝐿/𝑠

7.854 𝑥 10−5 𝑚2= 0.7823802 𝑚/𝑠

Reemplazando en (*)


𝝁=

996.8128 𝐾𝑔 𝑚3 ∗ 0.7823802

𝑚

𝑠 ∗ 10−2m

8.71𝑥 10−4 𝐾𝑔

𝑚 . 𝑠

= 𝟖𝟗𝟓𝟑. 𝟗𝟐𝟏𝟗

PARA III (FLUJO TURBULENTO)

𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 340 + 440 + 415 + 360

4= 388.75 ∗ 10−3 𝐿

𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 4.49 + 6.12 + 5.31 + 4.53

4= 5.1125 𝑠𝑒𝑔




388.75 ∗ 10−3

5.1125= 0.07603912 𝐿/𝑠


10


𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴=

0.07603912 𝐿/𝑠

7.854 𝑥 10−5 𝑚2= 0.96815788 𝑚/𝑠

Reemplazando en (*)


𝝁=

996.8128 𝐾𝑔 𝑚3 ∗ 0.96815788

𝑚

𝑠 ∗ 10−2m

8.71𝑥 10−4 𝐾𝑔

𝑚 . 𝑠

= 𝟏𝟏𝟎𝟖𝟎. 𝟎𝟒𝟕𝟖

PARA IV (FLUJO TURBULENTO)

𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 410 + 390 + 340 + 280

4= 355 ∗ 10−3 𝐿

𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 5.3 + 4.6 + 4.31 + 3.44

4= 4.4125 𝑠𝑒𝑔




355 ∗ 10−3

4.4125= 0.08045326 𝐿/𝑠


𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴=

0.08045326 𝐿/𝑠

7.854 𝑥 10−5 𝑚2= 1.0243603 𝑚/𝑠

Reemplazando en (*)


𝝁=

996.8128 𝐾𝑔 𝑚3 ∗ 1.0243603

𝑚

𝑠 ∗ 10−2m

8.71𝑥 10−4 𝐾𝑔

𝑚 . 𝑠

= 𝟏𝟏𝟕𝟐𝟑. 𝟐𝟓𝟒𝟒


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PARA V (FLUJO LAMINAR)

𝑉 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 175 + 130 + 105 + 100

4= 127.5 ∗ 10−3 𝐿

𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 13.71 + 10.37 + 8.43 + 7.92

4= 10.1075 𝑠𝑒𝑔




127.5 ∗ 10−3

10.1075= 0.0126144 𝐿/𝑠


𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴=

0.0126144 𝐿/𝑠

7.854 𝑥 10−5 𝑚2= 0.16061109 𝑚/𝑠

Reemplazando en (*)


𝝁=

996.8128 𝐾𝑔 𝑚3 ∗ 0.16061109

𝑚

𝑠 ∗ 10−2m

8.71𝑥 10−4 𝐾𝑔

𝑚 . 𝑠

= 𝟏𝟖𝟑𝟖. 𝟏𝟎𝟕𝟖𝟓


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IV. CONCLUSIONES

Se logra conocer el comportamiento de cada fluido, gracias a la acción del colorante

sobre el medio del cual estamos trabajando.

Para cada una de la experiencia, el régimen que presenta según el cálculo realizado.

EXPERIMENTO RESULTADO REGIMEN

I 4227.06772 TURBULENTO

II 8953.9219 TURBULENTO

III 11080.0478 TURBULENTO

IV 11723.2544 TURBULENTO

V 1838.10785 LAMINAR

V. RECOMENDACIONES

Ser precisos y exactos cuando medimos el volumen, y a su vez el tiempo para

obtener el caudal volumétrico.

Observar detalladamente en la cuba de Reynolds y el flujo del agua.

VI. BIBLIOGRAFÍA

Jhon H. Perry, 3era Edición Tomo I, Manual de Ingeniero Químico

Merle C. Potter, David C. Wiggert – 3ra edición. Mecánica de fluidos.

Robert Mott- 4ta edición. Mecánica de fluidos

Sears, Física Moderna y Física Universitaria. Tercera Edición.

http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/viscoh2o.pdf


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ANEXOS

TABLA I: Viscosidad cinemática a cualquier temperatura del agua


14

TABLAS II: Densidades de sustancias puras

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