Trabajo de laboratorio

1. 1
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS
ALIMENTARIAS
TITULO : EXPERIMENTO DE REYNOLDS
PROFESOR : Ing. BELIZFLORES, Raúl Ricardo
INTEGRANTES : ANCO GÓMEZ, Herald José
FECHA DE EJECUCIÓN : 25 – 09 – 15
FECHA DE ENTREGA : 01 – 10 – 15
AYACUCHO - PERU
OCTUBRE 2015

2. 2
RESUMEN
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 número o combinación adimensional
aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda
considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de
Reynolds grande).
El Número de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del flujo, es decir, si se
trata de un flujo laminar o de un flujo turbulento, además, indica la importancia
relativa de la tendencia del flujo hacia un régimen turbulento respecto de uno
laminar y la posición relativa de este estado dentro de una longitud determinada.

3. 3
INDICE
OBJETIVOS________________________________________________________4
FUNDAMENTO TEORICO_____________________________________________4
MATERIALES_______________________________________________________7
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL_____________________________________8
DATOS Y RESULTADOS______________________________________________8
CALCULOS ________________________________________________________9
DISCUSIÓN________________________________________________________10
CUESTIONARIO_____________________________________________________11
CONCLUSIONES____________________________________________________15
REFERENCIABIBLIOGRAFICA________________________________________15

4. 4
I. OBJETIVOS:
- Determinar el caudal y la velocidad promedio de un flujo de un fluido en
una tubería.
- Realizar el experimento de Reynolds.
- Verificar los modelos de flujo laminar o turbulento, que se presentan
cuando esta fluyendo un líquido por la tubería.
-
II. FUNDAMENTO TEÓRICO.
EXPERIMENTO DE REYNOLDS
El experimento de Reynolds El ingeniero alemán Gotthilf Hagen (1797-1884) fue
quien primero realizó experimentos con flujo interno, utilizando agua con aserrín
en una tubería de latón y reportando que el comportamiento del fluido a la salida
de la tubería dependía de su diámetro y de la velocidad y temperatura del
fluido. Posteriormente, el profesor británico de ingeniería Osborne Reynolds
(1842-1912), luego de terminar su estudio de flujo en medio poroso, realizó
experimentos en un montaje especial (Figura 1) para estudiar más a fondo
lo encontrado por Hagen para varias temperaturas y diámetros. Fue así como en
1883, reportó la existencia de regímenes de flujo y los clasificó de acuerdo a un
parámetro que pudo deducir y que ahora lleva su nombre: el Número de Reynolds.
Figura 1. Montaje experimental de Reynolds

5. 5
El montaje consistía en un tanque de agua con una tubería de vidrio dentro
de la cual inyectó por sifón una fina corriente de tinta, regulando el flujo con
una válvula que abría con una palanca larga. Visualización de los regímenes de
flujo Reynolds observó que el filamento de tinta conservaba su forma a
velocidades bajas, mostrando que el agua se movía en líneas de corriente
paralelas sin lugar a ninguna mezcla; este es el caso del Flujo laminar,
aquel donde existe un predominio de las fuerzas viscosas tangenciales sobre
las fuerzas de inercia del campo de flujo. Al aumentar la velocidad,
comenzaban a surgir fluctuaciones en la trayectoria del filamento, lo que
demostró que el comportamiento ordenado empezaba a perderse debido a la
aceleración del flujo; no obstante, no se desarrollaban aún trayectorias
definidas ni completamente erráticas. Este régimen de flujo se denomina Flujo de
Transición. Posteriormente y luego de incrementar aún más la velocidad, el
filamento de tinta experimentaba una dispersión completa de forma irregular
y aleatoria, dando lugar a mezclas entre capas de fluido. Este caso
evidenció el Flujo turbulento, donde los efectos viscosos son mucho menores
con respecto a los inerciales.
NUMERO DE REYNOLDS
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
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
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. En base a los experimentos realizados por Reynolds en
1874 se concluyó que las fuerzas del momento son función de la densidad, del
diámetro de la tubería y de la velocidad media. Además, la fricción o fuerza
viscosa depende de la viscosidad 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).

6. 6
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. Si el
Número de Reynolds es 2100 o menor el flujo será laminar. Un número de
Reynolds mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la
pérdida de energía y el flujo es turbulento.
FLUJO LAMINAR.
A valores bajos de flujo másico, cuando el flujo del líquido dentro de la tubería es
laminar, se utiliza la ecuación demostrada en clase para calcular el perfil de
velocidad (Ecuación de velocidad en función del radio). Estos cálculos revelan que
el perfil de velocidad es parabólico y que la velocidad media del fluido es
aproximadamente 0,5 veces la velocidad máxima existente en el centro de la
conducción
FLUJO TURBULENTO.
Cuando el flujo másico en una tubería aumenta hasta valores del número de
Reynolds superiores a 2100 el flujo dentro de la tubería se vuelve errático y se
produce la mezcla transversal del líquido. La intensidad de dicha mezcla aumenta
conforme aumenta el número de Reynolds desde 4000 hasta 10 000. A valores
superiores del Número de Reynolds la turbulencia está totalmente desarrollada, de
tal manera que el perfil de velocidad es prácticamente plano, siendo la velocidad
media del flujo aproximadamente o, 8 veces la velocidad máxima.

7. 7
III. MATERIALES.
Equipo experimental de Reynolds.
Manguera.
Balde.
Válvula.
Tubos.
Probeta.
Cronómetro.
DESCRIPCION DEL EQUIPO
El equipo experimental, está constituido por un pequeño tanque que es alimentado
mediante un tubo de plástico con agua potable desde un caño.
En la parte superior del tanque se encuentra un rebosadero y por la base inferior
del mismo está instalado una tubería de vidrio que contiene al final una válvula de
globo. El rebosadero sirve para mantener constante una determinada altura de
líquido y el caudal circulante por el tubo de vidrio sea constante. El tubo de vidrio
sirve para visualizar los modelos de flujo cuando se inyecta otro líquido de color
diferente.

8. 8
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Poner operativo el equipo experimental de Reynolds, realizar las
conexiones a la fuente de alimentación y del rebosadero. Hacer fluir agua a
muy baja velocidad, manipulando la válvula de control de flujo (globo) que
esta al final de la tubería.
Colocar un pequeño balde a la salida del agua y controlar el tiempo para un
determinado volumen. Luego cargar tinta azul en una jeringa e inyector por
la parte superior y central del tubo de vidrio y observar el comportamiento
del fenómeno poniendo detrás del tubo de vidrio un papel blanco. Repetir el
experimento abriendo la válvula de globo para aumentar el caudal y
visualizar los modelos de flujo desde laminar a turbulento, pasando por el
estado en transición.
V. DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES
DATOS
Diámetro interno del tubo de vidrio: d = 15mm
𝜇 𝑎𝑔𝑢𝑎
20°𝐶
= 10−3
𝑃𝑎 − 𝑠
𝜌 𝑎𝑔𝑢𝑎
4°𝐶
= 1000 𝑘𝑔/𝑚3
𝐴 =
𝜋
4
𝑥 0.0152
𝑚2
Al realizar el experimento se obtuvo los siguientes resultados:
CUADRO N° 1
ENSAYO VOLUMEN (V),
EN ml
VOLUMEN (V)
EN m3
TIEMPO EN
Segundos (s)
1 330 0.000330 43
2 345 0.000345 47
3 335 0.000335 45
4 337 0.000337 46
5 333 0.000333 44
6 355 0.000355 19
7 325 0.000325 18
8 320 0.000320 17
9 295 0.000295 16
10 278 0.000278 15
Convirtiendo de ml a m3:
330 𝑥
𝟏 𝑳 𝒙 𝟏 𝒎 𝟑
𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝒍 𝒙 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑳
= 0.000330 m3

9. 9
VI. CÁLCULOS.
1.- Hallar los caudales, velocidades promedio y calcular los números de Reynolds.
CUADRO N° 2
ENSAYO VOLUMEN
m3
TIEMPO
s
CAUDAL
Q (m3/s)
VELOCIDAD
(m/s)
µ̅ = 𝑸/𝑨
N° REYNOLDS
𝑵 𝑹𝑬 =
𝒅𝒙µ̅ 𝒙𝜌
µ
MODELO
DE FLUJO
1 0.000330 43 𝟕. 𝟔𝟕𝐱𝟏𝟎−𝟔 0.0433 649.5 Laminar
2 0.000345 47 7.34x10-6
0.0415 622.5 Laminar
3 0.000335 45 7.44x10-6
0.0420 630.0 Laminar
4 0.000337 46 7.33x10-6
0.0414 621.0 Laminar
5 0.000333 44 7.57x10-6
0.0428 642.0 Laminar
6 0.000355 19 1.87x10-5
0.106 1590 Laminar
7 0.000325 18 1.81x10-5
0.102 1530 Laminar
8 0.000320 17 1.88x10-5
0.106 1590 Laminar
9 0.000295 16 1.84x10-5
0.104 1560 Laminar
10 0.000278 15 1.85x10-5
0.105 1575 Laminar
Hallando caudal:
𝑄 =
𝑉
𝑇
𝑄 =
0.000330
43
= 7.67𝑥10−6
Hallando Velocidad promedio:
µ̅ =
𝑄
𝐴
µ̅ =
7.67x10−6
1.77𝑥10−4
= 0.043
Hallando el Número de Reynolds:
𝑁𝑅𝐸 =
𝑑𝑥µ̅ 𝑥𝜌
µ
𝑁𝑅𝐸 =
0.015 𝑥 0.0433 𝑥 1000
10−3 = 649.5

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2.- Describa el fenómeno observado en la práctica de laboratorio
En esta práctica se pudo observar las diferentes líneas que se forma al momento de
agregar la tinta de color azul. En el primer caso para el flujo laminar se observa que al
agregar la tinta, la tinta va descendiendo de manera uniforme sin ninguna perturbación.
En cuando al flujo estacionario y turbulento al momento de ver la tinta se vio un poco de
perturbación pero al momento de hacer los cálculos el resultado es un flujo laminar.
3.- Identifique los modelos de flujo que se presenta.
En cuanto a los modelos que se pudo presentar solo se presentó de modelo de flujo
laminar ya que en los cálculos del Número de Reynolds con los datos de la practica
resultan menor a 2100 por lo tanto todos son flujos laminares como se muestra en el
cuadro 2.
VII. DISCUSION
1.- Al hallar los caudales, velocidades promedio no hubo problemas, en
cambio al hallar los Números de Reynolds se tuvo un problema en el
sentido que los resultados de todos los ensayos nos da un flujo laminar.
2.- Al momento de observar los fenómenos que ocurrían en el ensayo se
vio primero un flujo laminar, luego al aumentar un poco el caudal del fluido
se notó un poco de turbulencia al agregar la tinta, pero al momento de
hacer los cálculos, los resultados nos da que es un flujo laminar. Esto
podría deberse a que el equipo tenga una pequeña falla que no pudimos
percatarnos o también al error humano.

11. 11
VIII. CUESTIONARIO
1.- Explique los modelos de flujo que se presenta en un fluido cuando circula
a través de un tubo o sobre una superficie.
Flujo turbulento: Este tipo de flujo es el que más se presenta en la práctica de
ingeniería. En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias
erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido,
ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a
otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero
a una escala mayor.
Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se
produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente
definidas dando la impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos
paralelas entre sí, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que
exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas.
Flujo incompresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un
punto a otro son despreciables.
Flujo compresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a
otro no son despreciables.
Flujo permanente: Llamado también flujo estacionario.
Este tipo de flujo se caracteriza porque las condiciones de velocidad de
escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que
permanecen constantes con el tiempo o bien, si las variaciones en ellas son tan
pequeñas con respecto a los valores medios. Así mismo en cualquier punto de un
flujo permanente, no existen cambios en la densidad, presión o temperatura con el
tiempo.
Flujo no permanente: Llamado también flujo no estacionario.
En este tipo de flujo en general las propiedades de un fluido y las características
mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo,
además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro
se dice que es un flujo no permanente.
Flujo uniforme: Este tipo de flujos son poco comunes y ocurren cuando el vector
velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud
como en dirección para un instante.

12. 12
Flujo no uniforme: Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se
encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de la viscosidad
Flujo unidimensional: Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende
de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad
transversales a la dirección principal del escurrimiento. Dichos flujos se dan en
tuberías largas y rectas o entre placas paralelas.
Flujo bidimensional: Es un flujo en el que el vector velocidad sólo depende de
dos variables espaciales.
En este tipo de flujo se supone que todas las partículas fluyen sobre planos
paralelos a lo largo de trayectorias que resultan idénticas si se comparan los
planos entre sí, no existiendo, por tanto, cambio alguno en dirección perpendicular
a los planos.
Flujo tridimensional: El vector velocidad depende de tres coordenadas
espaciales, es el caso más general en que las componentes de la velocidad en
tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las coordenadas
espaciales x, y, z, y del tiempo t.
Este es uno de los flujos más complicados de manejar desde el punto de vista
matemático y sólo se pueden expresar fácilmente aquellos escurrimientos con
fronteras de geometría sencilla.
Flujo rotacional: Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus
puntos valores distintos de cero, para cualquier instante.
Flujo irrotacional: Al contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se
caracteriza porque dentro de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para
cualquier punto e instante.
En el flujo irrotacional se exceptúa la presencia de singularidades vorticosas, las
cuales son causadas por los efectos de viscosidad del fluido en movimiento.
Flujo ideal: Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. La hipótesis de un
flujo ideal es de gran utilidad al analizar problemas que tengan grandes gastos de
fluido, como en el movimiento de un aeroplano o de un submarino. Un fluido que
no presente fricción resulta no viscoso y los procesos en que se tenga en cuenta
su escurrimiento son reversibles.

13. 13
2.- Cómo sería el experimento de Reynolds para un fluido compresible.
Consideraciones básicas y relaciones P‐V‐T
Al considerar el movimiento de un fluido compresible a lo largo de una tubería
horizontal, es de hacer notar que si se experimenta un cambio de presión a lo
largo de su trayectoria, por efecto de la perdida de energía por fricción, la
densidad del fluido deja de ser constante. Esto le otorga un carácter especial a
este tipo de flujo que lo diferencia de una manera clara de lo estudiado en flujo
compresible a través de la ecuación de Bernoulli. Por ejemplo la ecuación de
continuidad escrita en estado estacionario entre los puntos 1 y 2 (Figura 1),
establece lo siguiente:
Flujo másico de entrada es igual al flujo másico de salida, lo cual escrito en
función de sus variables constituyentes:
El producto ρV es conocido como el flujo másico por unidad de área. Es de hacer
notar que ahora el producto VA (flujo volumétrico), ahora varia a lo largo de la
tubería por efecto de la expansión del gas. Antes de seguir en análisis de las
ecuaciones involucradas, es necesario introducir las consideraciones relacionadas
con las relaciones Presión, volumen y temperatura para flujo compresible. El

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comportamiento P‐V‐T de los gases en un rango considerable de presiones,
puede ser descrito por la Ley de gases ideales.
Número de Reynolds para un fluido compresible.
Otro parámetro importante que es necesario analizar, es el número de Reynolds
para flujo compresible, el cual en cualquier punto de la tubería se puede escribir
como sigue:
Ahora es conveniente expresarlo en función del flujo másico por unidad de área,
dado que esta variable permanece constante. Viendo la expresión para el número
de Reynolds se puede observar que si la viscosidad del fluido no varía
considerablemente a lo largo de la tubería se puede suponer que el número de
Reynolds es constante a lo largo de la misma.
Retomando el análisis de la figura 1, a medida que el gas se mueve entre 1 y 2,
experimenta una pérdida de energía que se traduce en una caída de presión, la
cual dependiendo del largo de la tubería puede ser considerablemente alta, lo cual
modificaría de manera proporcional de acuerdo a la ecuación 4 al valor de la
densidad. Por esta razón la velocidad en el punto 2, queda expresada como:
A medida que la presión cae más, más pequeño será el valor de la densidad en
dos y por consiguiente más alto será el valor de la velocidad en este punto.

15. 15
3.- Por una tubería de media pulgada de DI fluye leche con un caudal de 0.18
m3/min, si la temperatura de la leche es de 30°C, que modelo de flujo
presenta el fluido en movimiento.
Media pulgada = 12.7 mm
Caudal = 0.18 m3/min = 0.003 m3/s
Area = (3.1416/4) x 0.01272 m2 = 1.27 x 10-4
Velocidad promedio = 0.003/1.27x10-4 = 23.62 m/s
Densidad de la leche = 1.032 kg/m3 (teoría)
Viscosidad dinámica de la leche = 3x10-3 (teoría)
Hallando el Número de Reynolds:
𝟏. 𝟎𝟑𝟐 𝒙 𝟐𝟑.𝟔𝟐 𝒙 𝟎. 𝟎𝟏𝟐𝟕
𝟑 𝒙 𝟏𝟎−𝟑
= 𝟏𝟎𝟑. 𝟏𝟗
Ya que el valor es de 103.19 y no supera los 2100 entonces es un FLUIDO
LAMINAR.
IX. CONCLUSIONES.
- Se determinó el caudal y la velocidad promedio del flujo de un fluido.
- Se realizó el experimento de Reynolds obteniéndose diferentes resultados.
- Se pudo ver que los datos de la práctica no dieron flujos laminares que fluyen
por la tubería.
-
X. REFERNECIA BIBLIOGRÁFICA.
- MOTT, ROBERT L (2006). “Mecánica de Fluido”. Sexta Edición. Editorial Pearson
Educación, México.
- RANALD V. giles, JACK B. Ebert, CHENGLIA. 1994 “Mecánica de Fluidos”
Tercera Edición Arabaca-Madrid (España.)
- http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Reynold.htm
- http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/elexperim
entodereynolds/elexperimentodereynolds.html
- https://operaciones1.files.wordpress.com/2009/05/flujo-compresible.pdf