hidraulica regimenes de flujo

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Índice
Introducción………………………………………………………………….2
Objetivos……………………………………………………………………….3
Marco Teórico……………………………………………………………….4
Equipo Utilizado…………………………………………………………….7
Datos de laboratorio……………………………………………………..8
Cálculos…………………………………………………………………………9
Tabla de Resultados y grafica……………………………………….11
Análisis de resultados……………………………………………………12
Cuestiones……………………………………………………………………13
Bibliografía……………………………………………………………………14
Introducción
El estudio que se muestra permite identificar las diferencias entre un flujo laminar y un flujo turbulento y que características presentan cada flujo, teniendo en cuenta que de acuerdo al efecto de la viscosidad el flujo puede ser laminar, turbulento o de transición esto según el efecto de la viscosidad en relación con la inercia.
Para poder visualizar las características de los flujos laminar y turbulento, Osborne Reynolds empleó un colorante inyectado en una corriente de agua, en un dispositivo. 
En ese dispositivo, el agua se introduce en el conducto horizontal a través de una boquilla o embudo, con el objeto de facilitar una circulación del agua muy regular. En la zona de la boquilla se encuentra el inyector de colorante, alimentando desde un pequeño depósito a través de una manguera.
Se llama flujo 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. Las capas adyacentes del fluido se deslizan suavemente entre sí.
El flujo turbulento se caracteriza por trayectorias circulares erráticas, semejantes a remolinos. El flujo turbulento ocurre cuando las velocidades de flujo son generalmente muy altas.
Objetivos
General:
Observar las características de los regímenes de flujo laminar y turbulento en un conducto.
Específicos:
1. Determinar el tipo de flujo en una tubería, según los valores del número de Reynolds.
2. Explicar que factores producen la variación de régimen de flujo en una tubería.
3. Describir el comportamiento del número de Reynolds en función de la velocidad media del flujo.
Marco Teórico
	En la dinámica de fluidos uno de los aspectos es el comportamiento de los flujos de fluidos, más coloquialmente, el movimiento de los fluidos. En la actualidad el ser humano utiliza este concepto para transportar fluidos de un lugar a otro, esto se logra por medio de tuberías o mangueras. El movimiento de un fluido real es muy complejo y en algunas ocasiones difícil de estudiar. Pero para simplificar su descripción consideramos el comportamiento de un fluido ideal cuyas características pueden ser las siguientes:
1. Fluido no viscoso: despreciamos la fricción interna entre las distintas partes del fluido.
2. Flujo estacionario: la velocidad del fluido en un punto es constante con el tiempo.
3. Flujo incompresible: la densidad del fluido permanece constante con el tiempo.
4. Flujo irrotacional: no presenta torbellinos, significa que no existe movimiento angular del fluido respecto a cualquier punto.
	Con este tipo de fluido podemos aplicar la ecuación de continuidad y el principio de Bernoulli para poder estudiarlos. Pero a pesar de que estos tipos de fluidos son más fáciles de estudiar, no podemos asumir que todos los fluidos que trabajemos van a ser ideales. Para ese tipo de fluidos se utilizan otros métodos más complejos.
	Las descripciones anteriores son para describir fluidos, pero también se pueden clasificar los tipos de flujo en base a su comportamiento y sus características. Esta clasificación de los flujos la estableció Osborne Reynolds en 1833. Reynolds por medio de experimentos logro demostrar que el tipo de flujo en una tubería se comporta diferente según la forma de su movimiento, Reynolds clasifico los flujos como:
1. Flujo laminar: es aquél en el que el fluido se mueve en capas o láminas, deslizándose suavemente unas sobre otras sin que se produzca movimiento transversal. Cualquier tendencia hacia la inestabilidad se amortigua por la acción de las fuerzas viscosas que se oponen al movimiento relativo de las capas del fluido adyacentes entre sí. Es un movimiento ordenado y uniforme que se presenta para velocidades bajas. El movimiento es gobernado por las fuerzas viscosas. 
2. Flujo en transición: la transformación de un flujo laminar a turbulento o viceversa se le conoce como flujo en transición y sucede con un aumento o disminución de la velocidad respectivamente 
3. Flujo turbulento: es aquél en el que el fluido se mueve en forma desordenada, errática, existe intercambio transversal de movimiento, las partículas colisionan entre sí. Es un movimiento desordenado y se presenta para velocidades altas. El movimiento es gobernado por las fuerzas de inercia. 
Basándose en innumerables experimentos Osborne Reynolds llego a la conclusión que el tipo de flujo en una tubería dependía directamente en la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas, mediante la siguiente expresión:
Ese parámetro fue conocido como numero de Reynolds, y lo podemos expresar como:
Donde:
V =velocidad media del flujo, en (m/s)
D =diámetro interior de la tubería en (m)
ρ = densidad del fluido en (Kg*s2/m)
μ =viscosidad absoluta o dinámica en (Kg*s/m2)
ν =viscosidad cinemática en (m2/s)
El número de Reynolds es un número adimencial, el análisis de esto es:
El número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento o laminar en ciertos casos. En conductos o tuberías (este puede variar en diferentes sistemas):
· Para valores de {\textstyle Re\leq 2100}Re 2100 (para flujo interno en tuberías circulares) el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas, que interactúan sólo en función de los esfuerzos tangenciales existentes. Por eso a este flujo se le llama flujo laminar. El colorante introducido en el flujo se mueve siguiendo una delgada línea paralela a las paredes del tubo.
· Para valores de {\textstyle 2100\leq Re\leq 4000}Re  (para flujo interno en tuberías circulares) la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina de transición.
· Para valores de {\textstyle Re\geq 4000}Re, (para flujo interno en tuberías circulares) después de un pequeño tramo inicial con oscilaciones variables, el colorante tiende a difundirse en todo el flujo. Este régimen es llamado turbulento, es decir caracterizado por un movimiento desordenado, no estacionario y tridimensional.
Equipo utilizado
El equipo Demostración de Osborne Reynolds Horizontal, está montado sobre una estructura de aluminio y está formado por: 
· Una tubería de ensayo de acrílico con una sección de entrada aerodinámica
· Un depósito de alimentación de agua 
· Un depósito de tinta con su válvula 
· Una aguja de inyección 
· Una válvula de regulación que permite ajustar el caudal de
agua en los experimentos.
Datos de laboratorio 
	Diámetro de tubería 
	16mm
	No. Exp. 
	volumen aforado (cm^3)
	tiempo de llenado (seg)
	Temperatura (°C)
	Características de flujo observado
	1
	250
	26.89
	26
	El clorato permanece en todo el trayecto uniformemente
	
	
	27.02
	
	
	2
	250
	18.00
	26
	El clorato permanece en toda la tubería.
	
	
	17.76
	
	
	3
	500
	22.22
	26
	El clorato permanece al inicio pero al final se dispersa 
	
	
	22.33
	
	
	4
	500
	17.86
	26
	al final se mezcla más con el agua en el tubo 
	
	
	17.63
	
	
	5
	1000
	18.60
	25
	empieza a verse turbulento y al final ya no se distingue el clorato 
	
	
	18.49
	
	
	6
	1000
	11.40
	25
	se observa solo un poco de clorato al inicio pero se pierde completamente en el tubo al final 
	
	
	11.53
	
	
	temperatura media 
	25.67
Cálculos 
1. Cálculo del tiempo promedio
Usando la formula =>
2. Cálculo del caudal
Usando la formula => 
 9.275cm3/s
 13.982cm3/s
 22.447cm3/s
 28.177cm3/s
 53.923cm3/s
 87.223cm3/s
3. Cálculo de velocidad media
Usando la formula => 
 4.613cm/s
 6.954cm/s
 11.164cm/s
 14.014cm/s26.819cm/s
 43.381cm/s
4. Cálculo del Número de Reynolds
Usando la formula => 
 => 844.461
 => 1273.067
 => 2043.776
 => 2565.504
 => 4779.830
 => 7763.877
Tabla de resultados
	Experimento
No.
	Caudal (cm3/s)
	Velocidad media (cm/s)
	Numero de Reynolds
	Tipo de flujo
	1
	9.275
	4.613
	844.461
	Laminar
	2
	13.982
	6.954
	1273.067
	Laminar
	3
	22.447
	11.164
	2043.766
	Transición
	4
	28.177
	14.014
	2565.504
	Transición
	5
	53.923
	26.819
	4799.830
	Turbulento
	6
	87.223
	43.381
	7763.877
	Turbulento
Grafica
Grafica número de Reynolds contra velocidad media
Análisis de resultados
Reproduciendo el experimento que realizo Osborne Reynolds se puede controlar los factores internos que afecta a un líquido, pudiendo observar tres formas que se comporta el mismo.
El primer tipo de flujo se determinó como flujo laminar, siendo un flujo tranquilo y estable donde la tinta colocada en el flujo se mantiene de forma paralela a las paredes de la tubería.
 El segundo tipo de flujo es el flujo en transición, lográndolo agregándole más velocidad al sistema, de esta forma al inicio de la tubería se comporta como un flujo laminar, pero al transcurrir el flujo se transforma en un flujo en formas de ondas a lo largo del eje de la tubería perdiendo su paralelismo.
El tercer tipo es el flujo turbulento, este tipo pierde cualquier forma de tranquilidad en el flujo en especial la forma laminar que conservaba el flujo en transición, volviéndose desde el inicio un flujo sin una forma determinada.
Con estas observaciones se puede determinar que: el tipo depende principalmente de tres factores, la velocidad del flujo, el diámetro de la tubería y de la viscosidad cinemática del flujo (te depende directamente de la temperatura del flujo).
Con esto el régimen de Reynolds en una misma tubería va transformándose a trabes que la velocidad del flujo aumenta, pasando de laminar a transición y este a turbulento cuando se incrementa su velocidad logrando determinar parámetros para saber cómo se comporta el flujo sin la necesidad de observarlo, que son los siguientes valores
Re<2100 		Flujo laminar.
2100<Re< 4000	Flujo en transición.
Re>4000		Flujo Turbulento.
Cuestiones 
C1. ¿A qué se debe la aparición de flujo turbulento?
Esto es debido al aumento de la velocidad del caudal del fluido.
C2. ¿En cuál de los tres regímenes es más adecuado si queremos que el fluido sea lo más homogéneo posible?
En el régimen de flujo laminar.
C3. ¿Qué comportamiento tiene el número de Reynolds con el aumento de la velocidad?
Si la velocidad aumenta el número de Reynolds incrementa, ya que el Re es directamente proporcional a la velocidad.
C4. ¿Hasta qué número de Reynolds se puede obtener flujo laminar?
Hasta Re = 2000
C5. ¿Desde qué rangos del número de Reynolds obtenemos flujo de transición?
Desde Re = 2000 hasta Re = 4000
C6. ¿A partir de qué número de Reynolds aparece el flujo turbulento?
A partir de Re = 4000 en adelante.
C7. ¿Tienen coherencia estos resultados con los obtenidos por Osborne Reynolds?
Si, debido a que el número de Reynolds fue aumentando mediante se fue aumentando la velocidad y con esto lograr los cambios de régimen del fluido,
Bibliografía
· Saldarriaga. J. (2007) Hidráulica de tuberías. Abastecimiento de agua, redes, riesgos (1º ed.) Alfaomega.
· Quirion. P. y Addison. H. (2010). Tratado de Hidráulica Aplicada (1º ed.) Canadá.
· Gordillo. C. y Portillo. L. y Alonso. W. Practica No. 1: Visualización de Flujos Laminar y Turbulento. (1º ed.) Laboratorio de Hidráulica, USAC.
Grafica número de Reynolds contra velocidad media
844.461	00000000001	1273.067	2043.7660000000001	2565.5039999999999	4799.83	7763.8770000000004	0	4.6130000000000004	6.9539999999999997	11.164	14.013999999999999	26.818999999999999	43.381	0	Número de Reynolds
Velocidad media (cm/s)
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