LABORATORIO DE INGENIERIA I

COMPORTAMIENTO DE UN
FLUIDO AL DESPLAZARSE POR
UNA TUBERIA (Cuba de Reynolds)

PROFESOR:

Ing. Verónica Carranza

INTEGRANTES:

 Meza Aguilar Svonnimir

 Najarro Gutierrez Juan Carlos

FECHA DE PRESENTACIÓN

27/04/17

2017
 ÍNDICE

1. Planteamiento del problema

2. Objetivos

2.1. Objetivos Generales

2.2. ObjetivosEspecíficos

3. Fundamento teórico

4. Metodología

4.1. Materiales, instrumentos o equipos y reactivos

4.2. Procedimiento experimental

4.3. Datos experimentales

4.4. Ejecución y cálculos

5. Concusiones

6. Recomendaciones

7. Bibliografía

8. Anexo
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ¿Qué función nos permitirá caracterizar al movimiento de un fuido (liquido o
gas)?
1.2 ¿Existirá alguna relación matemática entre el Número de Reynolds y los
parámetros de control de un fluido D , ρ ,n?

HIPOTESIS
El comportamiento del fluido (agua con colorante) será laminar, si y solo si, el
numero de Reynolds es menor que 2100, en una tubería de sección circular

2. OBJETIVOS
2.1. Objetivos Generales

Caracterizar un fluido newtoniano e incompresible en movimiento uniforme

dentro de una tubería.

Visualizar los flujos en diferentes regímenes de escurrimiento, diferenciando

el flujo laminar (flujo ordenado, lento) del flujo turbulento (flujo desordenado,
rápido), flujo transicional (características del flujo laminar y turbulento a la
vez).

2.2. Objetivos Generales

Certificar que el valor crítico del número sin dimensiones que determina el
paso del movimiento laminar al turbulento es diferente en cuerpos de forma
diferentes.

En el laboratorio observar cualitativamente el movimiento del agua con algún

colorante (fluorescencia) en función al cambio de caudales.

Obtener valores límite para el número adimensional de Reynolds sujeto a las

condiciones bajo las cuales se realizan las experiencias.
3. FUNDAMENTO TEÓRICO
FLUIDO
Fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le aplica a
un esfuerzo tangencial por pequeño que sea. Los fluidos pueden ser liquido y
gases

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Isotropia:
Sus propiedades son idénticas en cualquier dirección

Movilidad
Carencia de forma propia. Aptitud para adoptar cualquier forma, la dl recipiende
que los contiene.

Viscosidad
Propiedad que determina la medida de la fluidez a determinadas temperaturas.
A más viscoso implica que menos fluye un fluido. Cuanto más viscoso es un
fluido es más pastoso y menos se desliza por las paredes del recipiente.
Podemos decir también que es la mayor o menor resistencia que ofrece un
líquido para fluir libremente. A más resistencia a fluir más viscoso. Si existe una
mayor viscosidad, el líquido fluye más lentamente. La temperatura influye en la
viscosidad, a más temperatura menos viscoso es un fluido.   

Fluidez
Es parecido a la viscosidad, pero lo contrario. Es una propiedad de líquidos y
gases que se caracteriza por el constante desplazamiento de las partículas que
los forman al aplicarles una fuerza.

Los gases se expanden ocupando todo el volumen del recipiente que les
contiene, ya que no disponen ni de volumen ni de forma propia. Por esta razón
los recipientes deben estar cerrados.
Los líquidos si mantienen su volumen, aunque adoptan la forma del recipiente
hasta alcanzar un nivel determinado, por lo que pueden permanecer en un
recipiente cerrado.

Densidad
Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Se utiliza la
letra griega ρ [Rho]  para designarla. La densidad quiere decir que entre más
masa tenga un cuerpo en un mismo volumen, mayor será su densidad.
Compresibilidad
Es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos
disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión.
La posibilidad de comprimirse o expandirse dependiendo de la presión que se
ejerce sobre un gas es una de las propiedades de mayor aplicación técnica de
este tipo de fluidos.
En el caso de los líquidos, aunque se aumente su presión, no se modifica su
volumen de manera significativa, por lo que se consideran incompresibles.

EL NÚMERO DE REYNOLDS
Reynolds demostró por
primera vez las
características de los dos
regímenes de flujo de un
fluido real, laminar -
turbulento, por medio de un
sencillo aparato (Cuba de
Reynolds).

Reynolds descubrió que para velocidades bajas en el tubo de vidrio, un

filamento de tinta proveniente de D, no se difunde, sino que se mantiene sin
variar a lo largo del tubo, formando una línea recta paralela a las paredes. Al
aumentar la velocidad el filamento ondula y se rompe hasta que se confunde o
mezcla con el agua del tubo. Reynolds dedujo que para velocidades bajas las
partículas de fluidos se movían en capas paralelas, deslizándose a lo largo de
láminas adyacentes sin mezclarse. Este régimen lo denominó flujo laminar.

Y el régimen cuando hay mezcla lo nombró flujo turbulento. Reynolds pudo

generalizar sus conclusiones acerca de los experimentos al introducir un
término adimensional, que posteriormente tomó su nombre, como  Numero de
Reynolds:

Dónde:
ρ: densidad del fluido (kg/m3)
V: velocidad media (m/s)
D: diámetro interno del tubo (m)
μ: viscosidad absoluta o dinámica del fluido (kg/m.s) 
ν: viscosidad cinemática del fluido (m2/s)
Reynolds mostró que ciertos valores críticos definían las velocidades críticas
superior e inferior para todos los fluidos que fluyen en todos los tamaños de
tubos y dedujo así el hecho de que los límites de flujo laminar y flujo turbulento
se definían  por números simples. Según el número de Reynolds, los flujos se definen:

Re < 2300 → Flujo Laminar

Re 2300 - 4000 → Flujo de transición
Re > 4000 → Flujo turbulento
4. METODOLOGÍA
4.1. Materiales, Instrumentos, Equipos Y Reactivos

Termómetro Cronómetro

Agua potable Probeta de 1000

mL

Vernier
Cuba de Reynolds
4.2. Procedimiento Experimental

 Se debe proceder a llenar la cuba de Reynolds con el fluido a estudiar

(agua potable) hasta el nivel de rebose. Se recomienda que se
encuentre en reposo durante la noche anterior.

 Se procede a las regulaciones de (1/4, 1/2, 3/4,1, 1 1/4, 11/2...) que nos
permitirá controlar la válvula del caudal.

 Se debe cargar la solución coloreada con fluorescencia en el tanque

por encima del inyector del colorante; aunque se recomienda que el
colorante sea los más oscuro posible para tener una mejor
visualización.

 Se procede aperturar la válvula de control en su primera posición (1/4

de vuelta) y en forma simultánea abrimos la válvula del inyector de
colorante.

 Observar detenidamente el comportamiento de las líneas de corriente

que se deslizan por el tubo de vidrio abocinado y se mide el caudal
promedio del agua.

 Tomamos la probeta y tomamos un volumen hasta cierto punto

estándar (200 mL). Inmediatamente se anota el tiempo que transcurrió
hasta el llenado.

 Repetimos la actividad anterior para cada apertura de válvula de

caudal.

 Finalmente tomamos control de la temperatura el fluido.

Recolección de datos en el laboratorio

MUESTRA: AGUA
T= 25°C ρ=997 .13
POTABLE
Apertura de la
N° válvula t 1(seg) t 1(seg) t 1(seg) t prom (seg )
1 1/4 8.7 8.7 8.7 8.7
2 1/2 6 5.8 5.8 5.86
3 ¾ 4.7 4.9 4.6 4.73
4 1 4.0 4.0 4.2 4.06
5 11/4 3.8 3.5 3.7 3.66
6 11/2 4.9 5.1 5.0 5.0
3/4
7 1 3.7 3.5 3.6 3.6
8 2 3.5 3.6 3.5 3.53
1/4
9 2 3.4 3.6 3.4 3.46
1/2
10 2 3.2 3.1 3.4 3.23

4.3. Datos Experimentales

−3 S V x m3
μ LIQ =1 x 10 N . ,Q x = ( )
m2 t seg

π
D TUBO =0.88 cm=0.0088 m 2, A= x D 2 (m 2)
4

4.4. EJECUCIÓN Y CÁLCULOS

Característic
Caudal a del flujo
N° Q(m3/s) Área A(m2) V(m/s) NºRe
1 1.72414 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 0.2835 2487.6 Transición
4
 2 2.55973 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 0.4208 3692.4 Transición
1

3 3.17125 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 0.5214 4575.1 Turbulento

5

4 3.69458 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 0.6074 5329.7 Turbulento

8

5 4.09836 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 0.6738 5912.4 Turbulento

2

6 4 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 0.6576 5770.2 Turbulento

7

7 5.5555 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 0.9134 8014.8 Turbulento

5

8 5.66572 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 0.9315 8173.6 Turbulento

7

9 5.78035 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 0.9504 8339.5 Turbulento

2

10 6.19195 x 10-5 6.0821 x 10-5 m2 1.0181 8933.5 Turbulento

7

5. CONCLUSIONES
 Se logro determinar el N ℜ en los diferentes casos según la apertura de
la válvula

 Pudimos apreciar en algunos casos el tipo de fluido; con ayuda del

colorante; que viajaba a través del ducto y pudimos comprobarlo con el
cálculo del N ℜ
6. RECOMENDACIONES
 Se debe mantener nivelado el agua para no afectar la presión de salida
de la cuba de Reynolds.

 Para tener una mejor visualización de debe usar colorantes oscuros que
permitan observar el proceso (fluoresceína, violeta de genciana, etc).

 Tener cuidado a la hora de manejar la válvula porque el uso de esta por

varias persona aumenta el porcentaje error.

 Se debe sincronizar la apertura de la válvula del colorante y del agua del

tanque para obtener mejores resultados

 Tener en cuenta una buena iluminación para poder apreciar mejor el

experimento

7. BIBLIOGRAFIA
 Octave Levenspiel. (2002). Ingenieria de las reacciones quimicas.
Mexico DF: Reverte.

 Doubles C.M “Diseño y Analasis de Experimentos” Ed Iberoamericana

1981

 Creas S.S.A “Instrumentacion Industrial” Ed. Barcelona 1989

8. ANEXO
EVALUACION
8.1. Test Evaluativo
1.) Relacione
1. Flujo Ideal (d) a. ρ=cte
∂v́
2. Flujo no ideal (a) b. =0
∂t
 ∂v́
3. Flujo uniforme (c) c. =0
∂S
4. Flujo compresible (b) d.μ=0

2.) El comportamiento de los fluidos ya sea en reposo o en movimiento es

estudiada por:
a) Mecánica de Fluidos

3.) La velocidad de flujo en un sistema de fluidos no será afectado por:

b) La longitud del sistema de flujo

4.) De la interpretación física del número de Reynolds

“El número de Reynolds se interpreta como la relación que existe entre
el esfuerzo cortante τ f debido a la turbulencia y el esfuerzo cortante τ
debido a la viscosidad.

5.) ¿Qué nos sugiere el gráfico de Q vs Re?

Por medio de esta gráfica podemos observar que existe una completa
correlación entre el caudal y el número de Reynolds (relación directa).

6.) Para un flujo laminar halle f vs ℜ

Para un flujo laminar se sabe que la relación entre f y ℜes la siguiente:
64
f=
ℜ

8.2. Problemas Aplicativos

1. Un fluido pseudo plástico se caracteriza por una disminución de su
viscosidad de deformación. El factor de fricción f, para fluidos pseudo
plásticos que siguen el modelo de Ostwald – De Waele se calcula mediante
la ecuación:
 1 4 0.4
= 4 3 . log ( ℜ. f 1−0.5.n )−
f √n 1.2

Determine el número de Reynolds para n=0.1 y f=0.048779

Solución
Despejamos la variable que nos piden (Re)
4
1 0.4 √ n3
( +
f 1.2
. )
4
=log(¿ ℜ. f 1−0.5 .n) ¿

4 3
1 0.4 √ n
( +
).
10 f 1.2 4
ℜ=
f 1−0.5 . n
4 3
1 0.4 √0.1

10
( 0.048779 1.2 ) 4
+ .

ℜ= , ℜ=148.72
0.0487791−0.5 .n

2. En el diseño hidrodinámico de un proceso aparece la ecuación:

0.242
−log ( ℜ .CF )=0
√ CF
Averigüe el valor de CF con una aproximación de 10−4 para un régimen
turbulento cuyo ℜ=106.
Solución
¿
0.242
→ =log ⁡(106 .CF)
√ CF

Se trata de una ecuación no lineal, entonces el problema tiene que ser

resuelto mediante el método de Newton – Raphson.

0.242
F ( CF )= =log ⁡(106 . CF )
√ CF

Mediante:
(CF)i+1 =¿
 Presentamos la siguiente Tabla de Iteración

i ¿ F (CF )i F ´ (CF)i (CF )i+1

 0 10−4 22.2 -125342.9 2.7711 x 10-4

1 2.7711 x 10-4 12.090 -27797.15 7.1222 x 10-3

2 7.1222 x 10-3 6.215 -6975.73 1.6032 x 10-3

3 1.6032 x 10-3 2.839 -2155.84 2.9201 x 10-3

4 2.9201 x 10-3 1.013 -915.55 4.0265 x 10-3

5 4.0265 x 10-3 0.208 -518.445 4.3856 x 10-3

6 4.3856 x 10-3 0.012 -515.64 4.4090 x 10-3

7 4.4090 x 10-3 4.6197 -511.755 4.4090 x 10-3

Donde el valor de CF = 4.4090 x 10-4