1. Instituto Tecnológico de Mexicali
Ingeniería Química
Laboratorio integral 1
“REPORTE”
Practica #2
“Flujo laminar y turbulento”
ALUMNOS:
Cano Mercado Claudia Azucena.
Ambriz Medina Brianda Indira.
Murillo Castillo María Margarita.
Olguín de Lucio Victor Alejandro.
Romero Parra Manuel de Jesús.
Vega Domínguez Francisca Aurora.
PROFESOR:
Prof. Norman E. Rivera Pazos.
Mexicali Baja California, 27 de abril del 2010
2. INDICE
1. Introducción………………………………………………………3
2. Objetivos……………………………………………………….….4
3. Marco teórico…….…………………………………………………4
4. Fundamento teórico
El equipo……………………………………….…….7
Modelo matemático…………………………….……
5. Diseño de la práctica
Procedimiento…………………………………...…..
6. Análisis de datos y resultados
Cálculos……………………………………….….....
Gráficas…………………………………….….…...
7. Conclusiones………………………………………………..……...
8. Referencias……………………………………………………......
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3. INTRODUCCION
Cuando entre dos partículas en movimiento existe gradiente de velocidad, o sea 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 rotación 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 del flujo siguen la misma
trayectoria. Este tipo de flujo fue identificado por O. Reynolds y se denomina
“laminar”, queriendo significar con ello que las partículas se desplazan en forma de
capas o láminas.
Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas vecinas
al fluido, y estas adquieren una energía de rotación apreciable, la viscosidad pierde su
efecto, y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria. Al pasar de unas
trayectorias a otras, las partículas chocan entre sí y cambian de rumbo en forma errática
y a este tipo de flujo se le llama “turbulento”.
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4. OBJETIVO
Objetivo general.
* Observar las diferencias en el comportamiento de la velocidad para
flujos laminares y turbulentos.
* Hacer mediciones de velocidades bajo regímenes de flujo diferentes.
MARCO TEORICO
Flujo laminar:
Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido 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. Más allá de este número, será un flujo
turbulento.
La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar:
Esta ley establece la relación existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de
deformación angular. La acción de la viscosidad puede amortiguar cualquier tendencia
turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar. En situaciones que involucren
combinaciones de baja viscosidad, alta velocidad o grandes caudales, el flujo laminar no
es estable, lo que hace que se transforme en flujo turbulento.
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5. Flujo turbulento:
Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas vecinas
al fluido, y estas adquieren una energía de rotación apreciable, la viscosidad pierde su
efecto, y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria. Al pasar de unas
trayectorias a otras, las partículas chocan entre sí y cambian de rumbo en forma
errática.
El flujo se caracteriza porque:
Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias definidas.
La acción de la viscosidad es despreciable.
Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable, y se mueven
en forma errática chocando unas con otras.
Al entrar las partículas de fluido a capas de diferente velocidad, su momento
lineal aumenta o disminuye, y el de las partículas vecina la hacen en forma
contraria.
Cuando las fuerzas de inercia del fluido en movimiento son muy bajas, la viscosidad es
la fuerza dominante y el flujo es laminar. Cuando predominan las fuerzas de inercia el
flujo es turbulento. Reynolds estableció una relación que permite establecer el tipo de
flujo que posee un determinado problema.
Para números de Reynolds bajos el flujo es laminar, y para valores altos el flujo es
turbulento. O. Reynolds, mediante un aparato sencillo fue el primero en demostrar
experimentalmente la existencia de estos dos tipos de flujo.
Mediante colorantes agregados al agua en movimiento demostró que en el flujo
laminar las partículas de agua y colorante se mueven siguiendo trayectorias definidas
sin mezclarse, en cambio en el flujo turbulento las partículas de tinta se mezclan
rápidamente con el agua.
Experimentalmente se ha encontrado que en tubos de sección circular cuando el
número de Reynolds pasa de 2400 se inicia la turbulencia en la zona central del tubo,
sin embargo este límite es muy variable y depende de las condiciones de quietud del
conjunto. Para números de Reynolds mayores de 4000 el flujo es turbulento.
Al descender la velocidad se encuentra que para números de Reynolds menores de 2100
el flujo es siempre laminar, y cualquier turbulencia es que se produzca es eliminada
por la acción de la viscosidad.
El paso de flujo laminar a turbulento es un fenómeno gradual, inicialmente se produce
turbulencia en la zona central del tubo donde la velocidad es mayor, pero queda una
corona de flujo laminar entre las paredes del tubo y el núcleo central turbulento.
Al aumentar la velocidad media, el espesor de la corona laminar disminuye
gradualmente hasta desaparecer totalmente. Esta última condición se consigue a altas
velocidades cuando se obtiene turbulencia total en el flujo.
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6. Para flujo entre placas paralelas, si se toma como dimensión característica el
espaciamiento de éstas, el número de Reynolds máximo que garantiza flujo laminar es
1000. Para canales rectangulares anchos con dimensión característica la profundidad,
este límite es de 500; y para esferas con el diámetro como dimensión característica el
límite es la unidad.
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7. FUNDAMENTO TEORICO
Equipo.
Pesa con diferentes variaciones
para que podamos tener un flujo
laminar, turbulento y en
transición.
La jeringa con un cierto
volumen de tinta china (5ml.)
Se tiene un recipiente para poder
observar los diferentes flujos
Materiales.
Vaso de ppt de 1lt.
Agua
Jeringa
Tinta china
Pesas de diferentes gramos
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8. Modelo matemático.
Para obtener Re se hacen las siguientes suposiciones:
Primero. Pero.
Dónde.
Por lo tanto:
Eliminando variables:
Si sustituimos para que la ecuación nos quede más despejada.
Donde:
Re=Numero de Reynolds
Q= es el caudal o flujo volumétrico
v= es la viscosidad cinemática
D= diámetro interior de la tubería
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9. DISEÑO DE LA PRÁCTICA
Procedimiento:
1. Montar nuestro equipo tal y como lo muestra el diagrama.
2. Con pesas de diferentes gramos lo pondremos arriba del embolo de la jeringa
para que este sea impulsado y pueda salir la tienta china a un tiempo
determinado.
3. Anotar los diferentes tiempos.
4. Hacer los cálculos para ver dentro de que flujos esta cada tiempo
predeterminado.
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10. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS.
Cálculos.
Unidades:
Re= adimensional
Q= m3/s
v= m2/s
D=m
Conversiones:
Resultados.
Corridas Tiempo(s) Tipo de flujo
1 2.29 LAMINAR
2 2.87 TURBULENTO
3 5.0 TRANSICION
Para un tiempo de 2.29 se obtiene un Re:
Por lo tanto es un flujo
laminar.
Para un tiempo de 2.87 se obtiene un Re:
Por lo tanto es un
flujo turbulento.
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11. Para un tiempo de 2.87 se obtiene un Re:
Por lo tanto es un flujo
de transición.
Grafica.
Turbulento
Transición
Laminar
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12. CONCLUSIONES
En esta práctica pudimos comprobar experimentalmente el comportamiento de los
distintos tipos de flujos descritos teóricamente como son: flujo laminar, flujo turbulento
y flujo transitorio. Estos resultados los pudimos comparar accionando el embolo de la
jeringa con distintas presiones y rapidez, y con el tiempo obtenido calculando el numero
de Reynolds pudimos saber que flujo se obtenía con las distintas variables mencionadas
anteriormente.
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