Practica sobre numero de reynolds, flujo laminar y turbulento

1. Práctica No.2:
“Numero de Reynolds, Flujo Laminar y Turbulento”
Objetivo
Comprobar los cambios en número de Reynolds al modificar alguna de sus variables. Identificar los tipos de flujos (laminar y turbulento) mediante la experimentación y comprobar teóricamente los resultados utilizando el número de Reynolds.
Marco Teórico
Cuando entre dos partículas en movimiento existen gradientes de velocidad, es decir, que una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que actúan tangencialmente a las mismas. Las fuerzas de fricción tratan de introducir rotaciones entre las partículas en movimiento, pero simultáneamente la viscosidad trata de impedir la rotación. Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes estados de flujo.
Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es mayor que la de fricción, las partículas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca energía, el resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectorias definidas, y todas las partículas que pasan por un punto en el campo de flujo siguen la misma.
Los fluidos pueden ser líquidos o gases y al movimiento de estos se le llama flujo. Este flujo involucra las leyes de la física, las propiedades del fluido y características del medio ambiente o conducto por el cual fluye. Los flujos se pueden clasificar de distintas maneras, atendiendo al cambio y dirección que sufren las partículas debido al espacio recorrido, al cambio de velocidad, dirección y posición de las partículas respecto al tiempo. Así un flujo puede ser laminar o turbulento.
El flujo laminar es aquel en el que el movimiento de las partículas tiene solamente el sentido y dirección del movimiento principal del fluido. Se puede presentar en un conducto cerrado (tubería) o un conducto abierto (canal). Este tipo de flujo es típico a velocidades baja; la velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos.
El flujo turbulento, es aquel fluido en el que las partículas tienen un desplazamiento en sentidos diferentes al del movimiento principal del fluido. Se pueden representar en el mismo tipo de conducto referido al régimen laminar. En este tipo de flujo, al moverse las partículas con un movimiento errático tienen como consecuencia el que se presenten colisiones entre ellas, y esto genera cambios en la cantidad de movimiento, que se manifiestan como perdida de energía.

2. El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho numero o combinación adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar ( ) o turbulento ( ). Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de Reynolds viene dado por:
Dónde:
: Velocidad característica del fluido.
D: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema.
: Viscosidad cinematica del fluido ( ).
Materiales y Reactivos
Materiales para Número de Reynolds:
 Vaso de precipitado (1L)
 Jeringa (5ml)
 Cronómetro
 2 Vasos de precipitado (25ml)
 Parrilla
 Vernier
Reactivos Número de Reynolds:
 Agua
 Glicerina
 Acetona
Material para flujo laminar y turbulento:
 Botella (600ml)
 Jeringa (5ml)
 Manguera
 Cronómetro
 Probeta (1L)
 Vernier
Reactivos flujo laminar y turbulento:
 Agua
 Tinta
Procedimiento
Número de Reynolds:
- Con la parrilla se pone a calentar agua en un vaso de precipitado de 1L.

3. - Cuando llega a la temperatura deseada, se toma agua con la jeringa.
- Se toma el tiempo con que todo el líquido sale de la jeringa.
- Se repiten los mismos pasos para los otros reactivos, pero sin calentarlos.
- Se toman las medidas correspondientes con el vernier.
Flujo laminar y turbulento:
 Intento 1:
- Se cortó la base de la botella.
- Se une un extremo de la manguera a la boca de la botella.
- El otro extremo de la manguera se deja libre, debajo se encuentra una probeta.
- Con la jeringa se toma la tinta o azul de metilo.
- Por la base de la botella, se le agrega agua.
- Se inyecta la tinta a través de la manguera.
- Se toma el tiempo en que tarda en llenar 100ml.
- Con el vernier, se toma el diámetro de la manguera.
 Intento 2:
- Se agrega agua en el vaso de precipitado.
- Se toma tinta con la jeringa.
- Con el cronometro, se toma el tiempo en el que se agregan los 5ml de tinta.
- Con el vernier, se toman las medidas correspondientes.

4. Cálculos y Resultados
Número de Reynolds:
Datos:
El tiempo promedio esta dado en cada caso. ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ [ ] [ ]
Agua a 82°C Tiempo (segundos) Tiempo promedio (seg.) 7.93 6.85 7.41 7.69 7.47
Agua a 25°C Tiempo (segundos) Tiempo promedio (seg.) 6.82 6.11 7.42 7.02 6.84
Glicerina a 27°C Tiempo (segundos) Tiempo promedio (seg.) 5.27 4.49 4.64 4.84 4.81
Sustituyendo velocidad:
Sustituyendo área:

5. Acetona a 26°C Tiempo (segundos) Tiempo promedio (seg.) 5.06 5.27 5.83 5.29 5.36
Según los datos de líquido y el tiempo, se obtuvieron los siguientes resultados:
 Para agua a 82°C:
( ) ( )( ⁄)( )
 Para agua a 25°C
( ) ( )( ⁄)( )
 Para Glicerina a 27°C
( ) ( )( ⁄)( )
 Para Acetona a 26°C
( ) ( )( ⁄)( )
Flujo Laminar y Turbulento:
 Intento 1:
Datos: ⁄ [ ]
( ) ⁄ ⁄ ( ⁄)( ) ( )( ⁄) ( ⁄)( ) ( )( ⁄)
Cálculos:
Intento 1 Temperatura 26°C
Tiempo (seg)
Volumen (ml)
Volumen ( ) 156.45 100
8.88
100

6. Por lo tanto, será de un flujo laminar, el cual se puede apreciar en la figura. Mientras que sera un flujo turbulento.
 Intento 2:
Para obtener los diametros con los que se estaba trabajando se utilizo el teorema de Tales, donde se tomo una fotografía a la jeringa que se encontraba al lado de una moneda de $10.00mn. Despues, con un vernier, se tomó el diametro real de la moneda, asi como los diametros en las fotografias.
Datos: ⁄
Cálculos:
Por teorema de Tales:
Despejando: ( )( )
Sustituyendo valores: ( )( )
Intento 2 Temperatura 26°C
Tiempo (segundos)
Volumen (ml)
Volumen ( ) 1.7 5
22.19
5

7. ( )
⁄ ⁄ ⁄
Sustituyendo valores en: ( ⁄)( ) ⁄
Flujo Turbulento
⁄ ⁄ ⁄
Sustituyendo valores en: ( ⁄)( ) ⁄
Flujo Laminar
Conclusión
En la primera parte de la práctica, se pudieron observar los cambios al modificar una o dos variables, en este caso, la viscosidad y el tiempo. Es notorio, que entre más viscoso sea el líquido a utilizar, más grande tiene que ser la velocidad o diámetro por donde este fluyendo, para obtener un número de Reynolds alto. Mientras más baja viscosidad tenga el líquido, más fácil obtendrá un flujo turbulento.
En la segunda parte de la práctica, pudimos comprobar la teoría ya vista por medio de la experimentación, es decir, que se pudo observar las diferencias entre un flujo laminar y uno turbulento. En el flujo laminar, la tinta se podía ver como un hilo a través de la manguera o el recipiente; por el contrario, al tener un flujo turbulento la tinta se difundía por el líquido más rápidamente.
En el primer intento, se obtuvo un flujo en transición, que quiere decir que ya no es laminar, pero sigue teniendo un poco de uniformidad, por lo que no es turbulento.

8. Referencias
 Bird, R. B., Stewart, W. E., & Lightfoot, E. N. (1982). Fenómenos de transporte. España: EDITORIAL REVERTÉ.