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IMPLEMENTACIÓN DEL MONTAJE EXPERIMENTAL PARA DETERMINAR EL COMPORTAMIENTO DE UN FLUJO MEDIANTE EL EXPERIMENTO DE

REYNOLDS

MARCO TULIO AVELLANEDA PIÑEROS

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ, D. C. NOVIEMBRE DE 2016

IMPLEMENTACIÓN DEL MONTAJE EXPERIMENTAL PARA DETERMINAR EL COMPORTAMIENTO DE UN FLUJO MEDIANTE EL EXPERIMENTO DE

REYNOLDS

MARCO TULIO AVELLANEDA PIÑEROS

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero civil

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ, D. C. NOVIEMBRE DE 2016

Nota de aceptación

______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________________

Director de Investigación Ing. Alex Mauricio González

______________________________________ Jurado

______________________________________ Jurado

Bogotá D.C., Noviembre de 2016

1 GENERALIDADES 8

1.1 ANTECEDENTES 8 1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 10 1.2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 10 1.3 OBJETIVOS 11 1.3.1 OBJETIVO GENERAL 11 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 11 1.4 JUSTIFICACIÓN 11 1.5 DELIMITACION 12 1.5.1 ESPACIO 12 1.5.2 TIEMPO 12 1.5.3 CONTENIDO Y ALCANCE 12 1.6 MARCO DE REFERENCIA 13 1.6.1 MARCO CONCEPTUAL 13 1.6.2 MARCO TEÓRICO 15 1.6.3 MARCO HISTÓRICO 17 1.6.4 ESTADO DEL ARTE 18 1.7 METODOLOGÍA 19 1.7.1 RECOPILACIÓN TEÓRICA PARA NÚMERO DE REYNOLDS 19 1.7.2 ESPECIFIACIONES TÉCNICAS PARA EL MONTAJE EXPERIMENTAL DE REYNOLDS 19 1.7.3 PUESTA EN MARCHA, OPERACIÓN Y MANTENIENTO, PARA UNA DEBIDA UTILIZACIÓN DEL

MONTAJE EXPERIMENTAL 19 1.7.4 ELABORACIÓN DE GUÍAS DE MANEJO Y LABORATORIO PARA EL ESTUDIANTE 19

2 RECOPILACION TEORICA PARA EL NUMERO DE REYNOLDS 20

3 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA EL MONTAJE EXPERIMENTAL DE REYNOLDS 24

3.1 ESPECIFICACION DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN EL MONTAJE EXPERIMENTAL DE

REYNOLDS 24 3.2 ESPECIFICCACIONES TÉCNICAS PARA LA CONSTRUCCION DEL PROTOTIPO DEL MONTAJE

EXPERIEMBTAL DE REYNOLDS 33

4 PUESTA EN MARCHA, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO, PARA UNA DEBIDA UTILIZACIÓN DEL MONTAJE EXPERIMENTAL 37

4.1 PUESTA EN MARCHA 37 4.2 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 37

5 ELABORACIÓN DE GUÍAS DE MANEJO Y LABORATORIO PARA EL ESTUDIANTE 39

6 CONCLUSIONES 46

7 BIBLIOGRAFIA 47

INTRODUCCIÓN

En el contenido de este documento se presentará, el diseño del montaje experimental realizado por Reynolds en 1883, este montaje se encuentra enfocado al análisis de los cambios y propiedades físicas del agua, junto con su comportamiento en las tuberías debido a su presión. El propósito con esta propuesta de trabajo de grado, es lograr la verificación de la existencia de flujo laminar, transicional o turbulento, de un mismo fluido (agua), el cual es trasportado bajo diferentes condiciones en tuberías cerradas; el montaje experimental de Reynolds es importante en este tipo de evaluaciones de las propiedades y características físicas de un fluido (agua), ya que el número de Reynolds es la base, para caracterizar el tipo de flujo que se presenta. Una vez determinado el tipo de flujo se pueden entrar a determinar la cantidad de energía perdida debido a la fricción, la cual es una variable muy importante, cuando hablamos de una conducción en tuberías presurizadas, que son las mismas que por lo general proveen de agua potable a las comunidades. Para la construcción del montaje experimental, se propone un material acrílico (plexiglás), el cual permitirá que se observen las variaciones del flujo, este cuenta con características similares a las del PVC, material que normalmente se utiliza para las condiciones hidráulicas dentro de una construcción. Se proponen tres tipos de diámetros diferentes en la tubería acrílica, y un sistema de inyección de tinta el cual nos permitirá percibir de una manera más clara los tipos de flujo laminar transicional o turbulento. Todos los laboratorios de hidráulica deben de contar con este montaje experimental, de tal manera que los estudiantes, futuros ingenieros civiles de Universidad Católica de Colombia, puedan identificar el comportamiento de los fluidos en tuberías presurizadas, el cual, no debe basarse únicamente en la teoría, sino que deber ser complementado con una parte experimental, que este tipo de montaje ofrece.

1 GENERALIDADES

1.1 ANTECEDENTES

Osborne Reynolds fue un ingeniero británico quien dedicó gran parte de su vida al estudio del flujo de un fluido, y a quien se le atribuiría el descubrimiento de los diferentes regímenes de flujo (laminar, transicional y turbulento), y la clasificación de los mismos de acuerdo a un parámetro que pudo deducir y que hoy en día lleva su nombre: Numero de Reynolds, pero cabe resaltar que el ingeniero alemán Gotthilf Hagen (1797-1884), sería la primera persona en realizar experimentos con flujo interno, pero sin encontrar las bases necesarias para determinar los regímenes de flujo. (José, 2015) En diferentes instituciones como son la Corporación Universitaria Minuto de Dios, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Universidad Pedagógica de Colombia, Universidad Piloto de Colombia a nivel nacional y en otras como la Universidad Santiago de Chile, Universidad Técnica Federico Santa María, Universidad Nacional San Cristóbal de Huamanga Ecuador, Universidad Nacional de Huancavelica en Perú a nivel internacional, cuentan con los montajes experimentales de Reynolds para la determinación de los regímenes de flujo, lo cual hace que los laboratorios de hidráulica sean un poco más completos, esto garantiza que conceptos que los estudiantes reciben no solamente se basen en la parte teórica. Tabla 1 Antecedentes de trabajos de grado realizados basados en la experiencia de Reynolds

UNIVERSIDAD

DESARROLLADO POR

TITULO PROYECTO OBJETIVO

CORPORACIÓN UNIVERSIDAD

MINUTO DE DIOS

Umeimar Ramiro Urrea Toledo

Diseño y montaje del equipo hidráulico

para e ensayo en el laboratorio del

número de Reynolds y orificios de

descarga libre

Permitir la verificación de la existencia de flujo laminar, en transición y turbulento, para un ismo fluido en diferentes condiciones.

UNIVERSIDAD DISTRITAL

FRANCISCO JOSE DE CALDAS

David León; Cristian Martínez; Cristian Angulo;

Rubén Ibarra

Experiencia Reynolds

Generar un diseño a escala del experimento realizado por Osborne Reynolds en 1883, enfocado a los cambios y propiedades físicas del agua y su comportamiento en tuberías debido a su presión. Para estudiar las variables existentes y la implantación de ecuaciones físicas tales como el número de Reynolds y su afectación en un proyecto a mayor escala.

UIVERSIDAD CENTARL DEL

ECUADOR

Changoluisa Analuisa Gabriela

Elizabeth

Diseño y construcción de un equipo de

laboratorio para la determinación del

número de Reynolds.

Replicar los ensayos de Reynolds mediante un equipo hidráulico que permita observar y determinar los tipos de flujos.

Estudiar el movimiento y las características de los flujos laminar y turbulento en conductos realizados por Osborne Reynolds.

Determinar cada uno de los parámetros que afectan directamente con la determinación del Número de Reynolds.

CORPORACIÓN UNIVERSIDAD

MINUTO DE DIOS

Jorge Luis Barreto Rivera;

Henry Alexander Barragán;

José Luis Trujillo Vargas

Diseño y montaje del equipo hidráulico

para la experimentación de pérdidas por fricción, perdidas localizadas

Diseñar y construir el equipo hidráulico para la

experimentación de pérdidas de energía por

fricción, análisis de pérdidas por accesorios.

1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.2.1 Descripción del problema En el laboratorio de hidráulica en la Universidad Católica de Colombia, no se cuenta con un montaje experimental apropiado, en el cual se puedan realizar de manera práctica ensayos para definir las características y propiedades físicas del flujo. Con base en lo mencionado anteriormente, se hace necesario el diseño e implementación del montaje experimental de Reynolds, para complementar con una parte práctica, lo que hasta el momento se ha desarrollado únicamente desde la teoría, con lo cual se busca mejorar los estándares de calidad de este laboratorio de la Universidad Católica de Colombia.

Imagen2: esquema montaje experimental de Reynolds (Toledo, 2008)

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar e implementar un montaje experimental, basado en el realizado por Osborne Reynolds en 1883, orientado en los cambios y propiedades de un flujo de agua.

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Diseñar y construir un montaje experimental de Reynolds el cual permita

Identificar de manera práctica y cualitativa los regímenes de flujo laminar,

transicional y turbulento

Calcular las velocidades óptimas basadas en los valores del número de

Reynolds para garantizar los distintos regímenes de flujo en los distintos

diámetros propuestos.

Implementar una guía de práctica y mantenimiento del montaje

experimental.

1.4 JUSTIFICACIÓN

Para los estudiantes del programa de ingeniería civil de la Universidad Católica de Colombia, es muy importante conocer e identificar las propiedades y características del flujo, como son flujo laminar, transicional o turbulento, debido a que en los laboratorios no se cuenta con un montaje experimental apropiado para la evaluación de estos fenómenos. Se hace necesario la implementación de una réplica del montaje realizado por Osborne Reynolds en 1883, con algunas mejoras, las cuales facilitaran su manteniendo, manejo y trasporte. El número de Reynolds es la base para determinar la naturaleza del flujo, y de esta manera se puede calcular la cantidad de energía que el sistema pierde debido al fenómeno de fricción. En el campo de la hidráulica de la ingeniería civil es de suma importancia, identificar cuáles son las pérdidas de energía de un sistema, entre estas las producidas por la fricción, ya que estas pérdidas de energía se traducen en

pérdida de presión, la cual debemos garantizar en los diferentes puntos hidráulicos de una construcción o proyecto.

Imagen 1: Montaje experimental de Osborne Reynolds (Olano, 2016

1.5 DELIMITACION

1.5.1 Espacio Para la construcción de este montaje experimental se hace necesario contar con espacio amplio debido a la magnitud del mismo, como la universidad no cuenta con espacios destinados para estas actividades se debe ajustarse a los existentes

1.5.2 Tiempo El tiempo destinado para este proyecto de investigación esta demarcado en lo disponible durante los 4 meses del segundo semestre del presente año (Agosto – Noviembre), motivo por el cual se deben destinar más horas de trabajo y, no se plantean objetivos más ambiciosos de alcance.

1.5.3 Contenido y alcance Se pretende entregar el montaje experimental de Reynolds construido, además de las guías de manejo, planos de diseño, un registro fotográfico del proceso de construcción, con el fin de complementar la parte teórica presentada.

1.6 MARCO DE REFERENCIA

1.6.1 Marco Conceptual Numero De Reynolds (Re): 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 o turbulento. Viscosidad: es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad, todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento. 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 y 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.

Foto: flujo laminar (Avellaneda, 2016)

Flujo Turbulento: en mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua

en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente católica.

Foto: flujo turbulento (Avellaneda, 2016)

Régimen De Transición: Para valores de 2000 < Re < 4000 la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina de transición.

Foto: flujo de transición (Avellaneda, 2016)

Caudal: es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

1.6.2 Marco Teórico Numero de Reynolds El número de Reynolds, es una relación adimensional entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas. La importancia de este número, es que por medio de él se definen tres tipos de flujo: laminar, transicional y turbulento. Esto es de mucha utilidad ya que, dependiendo del tipo de flujo, existen diferentes modelos físicos que describen su movimiento. Reynolds estudio las características de un flujo, mediante la inyección de un trazador (tinta) en el líquido y que estaría fluyendo dentro de una tubería. El comprobó que, a bajas velocidades dentro de la tubería, el trazador se comportaría de manera lineal y en dirección axial. Sin embargo, al momento de aumentar las velocidades del fluido, observo que el trazador inyectado se empezaba a dispersar, lo que indicaba que las líneas del flujo se desorganizaban. Por lo tanto, al flujo que corría a bajas velocidades de manera lineal le llamo flujo laminar, y el tipo de flujo que se obtenía a mayores velocidades, el cual era desorganizado en sus líneas de flujo le denomino flujo turbulento. El flujo laminar se encuentra condicionado por algunas características, las cuales dependen de las propiedades del líquido y las dimensiones del flujo, a medida que se presenta un aumento del flujo, de manera similar pasa con las fuerzas de momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la fuerza de fricción o viscosidad, en el momento en que se logra un equilibrio entre estas fuerzas se dice que este genera un cambio en las características del flujo. Con base en ensayos experimentales realizados por Osborne Reynolds, han llegado a la conclusión que las fuerzas de momento se encuentran en función de la densidad, diámetro de la tubería y la velocidad.

El número de Reynolds, está definido como:

O equivalente a

Donde

: Densidad del fluido : Velocidad característica del fluido : Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud

característica del sistema : Viscosidad dinámica del fluido : Viscosidad cinemática del fluido (m²/s)

Re ≤ 2000 Flujo Laminar

2000 < Re ≤ 4000 Flujo turbulento

Re > 4000 Flujo turbulento

¿Quién era Osborne Reynolds? Osborne Reynolds fue un ingeniero y físico de origen irlandés, quien realizo importantes contribuciones en los campos de la hidronímica y la dinámica de fluidos, siendo sin duda alguna la introducción del número de Reynolds en 1883, su más notable aporte. En la universidad de Cambridge estudio matemáticas, de la cual se graduó en 1867, en 1868 este fue nombrado como profesor de ingeniería del Owels Collage en Mánchester, programa que años más tarde se convertiría en la Victoria University of Mánchester, fue el titular de la cátedra de ingeniería, por sus grandes méritos considerando que por esta época solo había dos de estas cátedras en todo Inglaterra. Osborne creía que todos los estudiantes de ingeniería deberían de tener un conjunto de conocimientos basados particularmente en los principios fundamentales de la mecánica clásica además de las matemáticas y la física. Las asignaturas que tenía a cargo Osborne, eran difícil de seguir debido a que el carecía de dotes y metodologías didácticas y pedagogías eficientes, cambiaba de

tema sin ningún tipo de conexión ni transición, esto a pesar de la dedicación e interés por la educación por parte de él. En 1887 Reynolds fue elegido como miembro de la Royal Society, al año siguiente este recibiría la Royal Medal; Reynolds realizo los análisis y estudios de las condiciones en las que circula un flujo en el interior de una tubería, y como este pasaba de un estado laminar a uno turbulento, así como los regímenes de flujo. El número de Reynolds nace, producto de la relación que este, entre las fuerzas viscosas y las de inercia. Este número aparece por primera vez en un artículo escrito por Osborne en 1883 titulado “An Experimental Investigation of the Circumstances Which Determine Whether the Motion of Water in Parallel Channels Shall Be Direct or Sinuous and of the Law of Resistance in Parallel Channels”.

1.6.3 Marco Histórico En 1883 Osborne Reynolds presenta en su trabajo titulado, “An Experimental Investigation of the Circumstances Which Determine Whether the Motion of Water in Parallel Channels Shall Be Direct or Sinuous and of the Law of Resistance in Parallel Channels”, en este hace referencia al dilema que se presentaba en la época y que se centraba en como poder determinar la causa por la que la resistencia varia como el cuadrado de la velocidad en el agua, que es una masa de remolinos. Osborne en 1873-74 se dedicó a sus 21 años a el estudio de cómo era el funcionamiento de la hélice de un barco, el habría construido dos modelos con el fin de estudiar su eficiencia impulsiva. En 1875 Reynolds realizo pruebas en el gobierno del barco, con lo cual concluyo que: “la inversión de la hélice de un navío que avanza a toda marcha reduce mucho su poder de gobierno...; así que, cuando una colisión es inminente, invertir la hélice y utilizar el timón como si el buque respondiera a esa maniobra igual que siempre, es un modo seguro de colisionar” (Osborne Reynolds, 1875) Para este mismo año lo que más intrigaba a Osborne era la acción de la hélice sobre el agua, por lo cual toma la decisión de inyectar tras la hélice agua con colorante y descubrió un vórtice que allí se formaba y que según Reynolds este jugaba un papel importante, más de lo que se había imaginado, ya que de hecho constituiría la clave para resolver casi en su mayoría los problemas que se presentan en el movimiento interno de los fluidos. En 22 de febrero de 1880, luego de haber diseñado la estructura necesaria y el montaje para la realización del experimento, se realiza la primera prueba, Osborne y Foster llenaron el canal y lo dejaron en reposo por 4 horas con el fin de lograr que esta se tranquilizara, luego se dio paso a que el agua fluyera muy despacio al mismo tiempo que se inyectaba el tinte.

Durante el desarrollo de numerosas pruebas Osborne pudo concluir que había varios factores que influían en el comportamiento interno del movimiento de un flujo como son: la temperatura; la viscosidad que depende de la temperatura y el diámetro de la tubería. Estos numerosos ensayos, que realizaron con sumo cuidado bajo diferentes tipos de condiciones, le permitieron concluir que para un flujo laminar, la resistencia que el conducto ofrece al avance de la corriente no es proporcional al cuadrado de la velocidad, sino a la potencia de exponente 1.722.

1.6.4 Estado del Arte Dentro de los modelos que se han visto en distintos laboratorios de hidráulica de distintas universidades, en su gran mayoría son montajes que cuentan solamente con un diámetro para el desarrollo de la prueba, o en su defecto utilizan canales abiertos para este mismo ensayo.

Equipos para la demostración de Osborne Reynolds (Todo Equipos S.A, 2016) En las fotografías inmediatamente anteriores, se puede ver los tipos de montajes más comunes para el desarrollo de la prueba que busca determinar los regímenes de flujo o número de Reynolds; estos modelos no cuentan con un sistema en el que se pueda evaluar la condición del flujo en diferentes diámetros, por lo tanto en este trabajo se propone diseñar y construir un montaje donde se puedan evaluar

las condiciones del flujo en diferentes diámetros; esto es importante dado que el diámetro (en tuberías cerradas) es una de las variables de las que depende la determinación del número de Reynolds.

1.7 METODOLOGÍA

A continuación se presentara el desarrollo metodológico se plantea para desarrollar el trabajo de grado.

1.7.1 RECOPILACIÓN TEÓRICA PARA NÚMERO DE REYNOLDS Durante el proceso de recolección y análisis de información, para la formulación y posterior diseño del montaje experimental de Reynolds, se deben tener en cuenta los principales fundamentos bajo los cuales se operó y desarrollo este experimento

1.7.2 ESPECIFIACIONES TÉCNICAS PARA EL MONTAJE EXPERIMENTAL DE REYNOLDS Una vez obtenida la parte teórica, se estudiarán cuáles son las especificaciones técnicas requeridas: se evaluarán y determinarán los sistemas, herramientas y materiales más adecuados para el desarrollo de las etapas de diseño y construcción del prototipo.

1.7.3 PUESTA EN MARCHA, OPERACIÓN Y MANTENIENTO, PARA UNA DEBIDA UTILIZACIÓN DEL MONTAJE EXPERIMENTAL

Cuando el montaje se encuentre terminado se pasará a hacer las respectivas pruebas, con el fin de comprobar que se encuentra funcionando debidamente; paralelamente se desarrollará un manual de uso con el fin de que la(s) persona(s) va a realizar ensayos en este, lo manejen de manera adecuada y así evitar daños.

1.7.4 ELABORACIÓN DE GUÍAS DE MANEJO Y LABORATORIO PARA EL ESTUDIANTE

Es importante que los estudiantes hagan uso de esta nueva herramienta con la que contará la Universidad Católica de Colombia, y que les permitirá complementar sus conocimientos teóricos, con este fin se suministrará una guía de laboratorio para el desarrollo de la práctica.

2 RECOPILACION TEORICA PARA EL NUMERO DE REYNOLDS El número de Reynolds (Re) es un numero adimensional utilizado en la mecánica de fluidos, relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional. Con este valor adimensional podemos determinar si un flujo presenta una característica laminar (Re< 2000), transicional (2000<Re<4000) o turbulenta (Re>4000). Para determinar los diámetros adecuados donde se cumplan los tres tipos de flujos, se partió de la ecuación inicial propuesta por Osborne Reynolds.

;

Dónde:

: Densidad del fluido. : Velocidad característica del fluido. : Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud

característica del sistema. : Viscosidad dinámica del fluido. : Viscosidad cinemática del fluido (m²/s)

Para cada uno de los diámetros propuestos se procede a calcular las velocidades a las cuales debe viajar el flujo dentro de la tubería, esto con el fin de determinar que las velocidades no sean demasiado altas o bajas, lo cual puede dificultar la demostración del experimento. Es necesario aclarar que para la realización del experimento se ha considerado utilizar agua como fluido y este a su vez a una temperatura promedio de 20 ºC, con el fin de determinar una viscosidad cinemática constante. Con el fin de garantizar un flujo laminar se optó por realizar los cálculos con un numero de Reynolds de 1500. Obteniendo los siguientes resultados:

Diámetro Numero de Reynolds

Viscosidad cinemática del

fluido(m2/s)

Velocidad Característica del

Fluido (m/s) pulgadas metros

1/2" 0,0254 1500 1,003E-06 5,92E-02

1" 0,0508 1500 1,003E-06 2,96E-02

1 1/2" 0,0762 1500 1,003E-06 1,97E-02

2" 0,1016 1500 1,003E-06 1,48E-02

𝑉𝑠 𝑅𝑒 𝜈

𝐷

Para determinar las velocidades que son requeridas para garantizar el flujo transicional y turbulento se realizaron los mismos cálculos, con un número de Reynolds de 3000 (Transicional) y 5000 (Turbulento) respectivamente



fluido(m2/s)



1/2" 0,0254 3000 1,003E-06 1,18E-01

1" 0,0508 3000 1,003E-06 5,92E-02

1 1/2" 0,0762 3000 1,003E-06 3,95E-02

2" 0,1016 3000 1,003E-06 2,96E-02



fluido(m2/s)



1/2" 0,0254 5000 1,003E-06 1,97E-01

1" 0,0508 5000 1,003E-06 9,87E-02

1 1/2" 0,0762 5000 1,003E-06 6,58E-02

2" 0,1016 5000 1,003E-06 4,94E-02

En las tablas presentadas a continuación se encuentra el cálculo de las velocidades para diámetros de tuberías no comerciales (acrílicos)


Viscosidad cinemática del fluido (m2/s)

Velocidad Característica del Fluido (m/s) metros

0,042 1500 1,003E-06 3,58E-02

0,024 1500 1,003E-06 6,27E-02

0,015 1500 1,003E-06 1,00E-01




0,042 3000 1,003E-06 7,16E-02

0,024 3000 1,003E-06 1,25E-01

0,015 3000 1,003E-06 2,01E-01




0,042 5000 1,003E-06 1,19E-01

0,024 5000 1,003E-06 2,09E-01

0,015 5000 1,003E-06 3,34E-01

Debido a que la presión necesaria para generar estas velocidades se dará por medio de la gravedad, necesitamos formular la ecuación de Bernoulli, esto con el fin de garantizar que la altura sea la adecuada para el diseño.

Dónde: P1: Presión inicial en el punto 1 Ϫ: Peso unitario del fluido (agua) V1: Velocidad inicial g: Gravedad Z1: Altura de la lámina de agua P2: Presión final o de salida punto 2 V2: Velocidad final Z2: Altura de salida de agua he: Perdidas por fricción hm: Perdidas por accesorios

Donde. f: Coeficiente de fricción del material L: Longitud de la tubería D: Diámetro de la tubería V: Velocidad de la tubería

𝑃1𝛾+𝑉1

2𝑔+ 𝑍1

𝑃 𝛾+𝑉

2𝑔+ 𝑍 + 𝑓

+ 𝑚

Dónde: K: Coeficiente de pérdidas por accesorios Despejando de la ecuación de Bernoulli la altura de la lámina de agua tenemos: Utilizando las ecuaciones anteriores y teniendo en cuenta los diámetros de cada tubería, material y accesorios encontramos las siguientes alturas de láminas de agua.

pulgadas metros codo pvc Tee pvc V. Globo Cu

1/2" 0,0254 0,77 1,8 10 2,25E-03

1" 0,0508 0,77 1,8 10 5,63E-04

1 1/2" 0,0762 0,77 1,8 10 2,50E-04

2" 0,1016 0,77 1,8 10 1,41E-04

Diámetro Coeficiente de Pérdida por Accesorio (K) T. Pérdidad por

Accesorios

pulgadas metros

1/2" 0,0254 5,92E-02 9,8 0,9 8,25E-06 2,25E-03 2,44E-03

1" 0,0508 2,96E-02 9,8 0,9 1,03E-06 5,63E-04 6,08E-04

1 1/2" 0,0762 1,97E-02 9,8 0,9 3,05E-07 2,50E-04 2,70E-04

2" 0,1016 1,48E-02 9,8 0,9 1,29E-07 1,41E-04 1,52E-04

Altura Requerida

Z1 (m)

Diametro Gravedad

(m/s)

V. Carasteristica

del Fluido (m/s)

Perdidas por

friccion

Perdidas por

accesorios (m)

Longitud

(m)

𝑚 𝐾 𝑉

2𝑔

𝑍1= 𝑉

𝑔 + hf+ hm

3 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA EL MONTAJE EXPERIMENTAL DE REYNOLDS

Dentro del capítulo de especificaciones se encontrará una parte relacionada con todos los materiales a usar, y otro donde se mostrará un prototipo del montaje

3.1 ESPECIFICACION DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN EL MONTAJE EXPERIMENTAL DE REYNOLDS

Tuberías Para el diseño y construcción de este montaje se han tenido en cuenta dos tipos de tuberías: Tubería PVC: Esta posee un índice de fricción bajo (f=0.0013), lo cual

ayuda a que las perdidas sean menores respecto a otros materiales, además es de fácil adquisición, sus diámetros serán de 1½” (43.68 mm), 1” (30.20 mm) y ½” (18.18 mm).

Tubería en PVC para redes de agua potable (diferlim, 2016).

Tubería en acrílico: se seleccionó este tipo de tubería de acrílico plexiglás por que brinda además de una buena resistencia, la posibilidad de ver lo que pasa dentro ellos, lo que nos permite apreciar el comportamiento de los fluidos durante el experimento; objeto de este trabajo, sus diámetros serán de 42.00 mm, 24.00 mm y 15.00 mm.

Tubería en acrílico plexiglás (Acrílicos y Plásticos, 2016).

Accesorios

Codos: Son accesorios de forma curva que son utilizados con la

finalidad de cambiar el curso del flujo de las líneas tantos grados como se encuentre especificado por los planos o dibujos de redes de tuberías, el material de los codos que se utilizaran es PVC; el coeficiente de perdidas K para este accesorio es de 0.75-0.80

Los codos que son fundidos en una sola pieza y se encuentran listos para la pre-fabricación son denominados estándar, la característica específica de estos es que se encuentran comercialmente en ángulos de 90º y 45º.

Además de existir codos con reducción para los casos en que se necesite, sus dimensiones van desde ¼” hasta 120”.

Codos estándar de 90º y 45º en PVC (Jorge Luis Barreto Rivera, 2016).

Tee: Son accesorios que son fabricados de diferentes tipos de materiales y diámetros, estos son utilizados para crear redes de tuberías de diferentes propósitos, comercialmente se pueden encontrar dos tipos de tees, la

primera en la que los diámetros de todas sus entradas son iguales y la segunda conocida como tee con reducción, su característica principal es que posee dos diámetros iguales y uno de menor dimensión.

El coeficiente de perdidas K para este accesorio es de 1.8, este corresponde a una tee de salida de lado, debido a que en el montaje funcionará de esta manera, el diámetro de este accesorio será de 1 ½” (43.68mm).

Tee recta o de diámetros iguales en PVC. (Jorge Luis Barreto Rivera, 2016)

Válvula de globo: estas válvulas pueden ser encontradas de tipo simple asiento, doble asiento y de obturador equilibrado. Las válvulas del primer tipo poseen un actuador de mayor dimensión con el fin de que el obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso, por esta razón este tipo de válvulas se utilizan cuando la presión del flujo es baja y además se requiere que las fugas en posición de cierre sean mínimas. En las válvulas de doble asiento y las de obturador equilibrado la fuerza de desequilibrio que se desarrolla por la presión diferencial a través del obturador es menor.

Para el proyecto se utilizaron válvulas de globo de cobre con el fin de generar una mayor vida útil, el coeficiente de perdidas K para este accesorio es 10.

Válvula de globo en cobre (Jorge Luis Barreto Rivera, 2016)

Acrílico Plexiglás

Este es el material utilizado en los tanques de abastecimiento y de recirculación, ofrece una resistencia al impacto 10 veces más que el vidrio y tendrá como función soportar el empuje del agua en las partes laterales de los tanques, también ofrece un terminado más estético que otros materiales y cuenta con un 93% de transparencia (el más transparente de los plásticos) lo cual lo hace un material ideal para este montaje ya que se busca que los estudiantes puedan percibir de manera visual los fenómenos que ocurren en el flujo , el espesor que se utilizó en este material es de 4 mm, cabe resaltar que este fue el material utilizado para el recipiente de la tinta.

Láminas de acrílico plexiglás (Acrílicos y Plásticos, 2016)

Bombas Dentro del montaje hay dos tipos de bombas, una centrifuga y un peristáltica Bomba centrifuga: su función es la recirculación del agua en el montaje,

se encuentra conectada a un tanque de almacenamiento de aguas, bajo el lugar donde se desarrolla el experimento; succiona el agua y la retorna al tanque principal; esta bomba es marca RAPTOR, de referencia DB-60, con un caudal máximo de 38 L/ min, la altura máxima es de 35 cm, posee un motor de ½ Hp y una velocidad angular de 3450 r.p.m.

Bomba centrifuga RAPTOR DB-60 (Avellaneda, 2016)

Bomba Peristáltica: son bombas 100% de desplazamiento positivo y están diseñadas bajo el principio de bombeo perfecto sin las desventajas propias de otros tipos de bombas, con bajo costo de mantenimiento y menores interrupciones de producción.

La bomba peristáltica que se utilizó en el montaje y que tiene como función dosificar de manera apropiada y continua la tinta, que mostrará los efectos del flujo del fluido, se utilizó una bomba marca Watson-Marlon de la gama 323; maneja un caudal desde 2uL/min hasta 3L/min, posee una presión de descarga máxima de 30 psi (2 bar), cuenta con la capacidad de hasta diez canales para el bombeo, puede ser controlada de manera manual, por control remoto o analógico y se puede ajustar su velocidad en pasos de 1rpm, 3rpm y hasta 400 rpm.

Vista en planta y frontal Bomba peristáltica Watson-Marlon 323 (Avellaneda, 2016)

Hierro

El hierro es utilizado para hacer todo tipo de productos siderúrgicos, como como una especie de matriz para alojar otro tipo de elementos aleantes metálicos como no metálicos, que proporcionan distintas propiedades a un material. Se utilizó este material como soporte para el montaje debido a las características que ofrece: tenacidad a la fractura, que es la capacidad de soportar una carga exterior sin que esta sufra una fractura al interior del material; es fácil de soldar y gracias a su dureza se pueden diseñar y fabricar piezas mediante los procesos de abrasión, desgaste, perforación etc. Se usó un perfil L 16x16x3.2* o L 5/8x 5/8x1/8, este presenta una buena resistencia y nos ofrece elementos relativamente livianos, con 0.74 kg por cada metro lineal.

Estructura en hierro como soporte para del montaje experimental de Reynolds (Avellaneda, 2016)

Manguera Silicona

Este dispositivo fue desarrollado con el fin de suministrar y succionar fluidos, especialmente en quirófanos y laboratorios farmacéuticos y de alimentos, está hecha a base de silicona grado medico libre de látex por lo que cumple con las siguientes caracterizas que se adecuan perfectamente al sistema de suministro de tinta del montaje: posee buena flexibilidad a la vez que conserva su perfil geométrico circular, lo que evita bloqueos del flojo por dobleces; gran resistencia a la tracción y estabilidad a altas temperaturas (hasta 200º C); la superficie interior es lisa y no contiene plastificantes u otros aditivos orgánicos lo que impide el crecimiento de bacterias y hongos, a la vez que garantiza una fácil limpieza evitando que la acumulación de residuos de la tinta usada como trazador.

Se usaron tres secciones con un diámetro interno de 1/8” (3.17 mm) y externo de 1/4” (6.35 mm) por un metro de largo aproximadamente, que salen del recipiente con tinta, pasan por la bomba peristáltica y conectan con el sistema de inyección (de tinta) a cada uno de los tres tubos acrílicos.

Manguera Silicona (merefsa, 2016).

Llave de tres vías

Es un dispositivo de policarbonato que fue desarrollados para facilitar la interconexión de distintas vías de administración parenteral, posee una llave o que posibilita un giro de 360º, lo que nos permite usarlo a modo de válvula y regulador de presión en nuestro sistema de inyección de tinta; el orificio de paso posee un diámetro interno de 3 mm y externo 4 mm, lo que nos posibilita un acople por presión tanto con la manguera como con el tubo capilar.

Llave de tres vías (Avellaneda, 2016).

Tubo Capilar de Cobre

Es una conducción de fluido muy pequeña (de ahí su nombre, en comparación con el tamaño de un cabello) y uno de los más simples sistemas de expansión, este elemento es generalmente utilizado para sistemas de refrigeración donde se requiere que haya una disminución tanto de la presión como de la temperatura, estas características lo hacen ideal para ser el dispositivo por medio del cual se inyectara el trazador (tinta) en los flujos de cada tubería acrílica, donde se requiere la inyección constante de una pequeña cantidad de tinta, pero con presiones menores a las provocadas por el bombeo de la bomba peristáltica, que ya se han logrado disminuir con la llave de tres vías a la cual es conectado este tubo de diámetro exterior de 2.84 mm aproximadamente y un diámetro interior a los 0.59 mm aproximadamente.

Tubo Capilar de Cobre (Nacobre, 2016).

3.2 ESPECIFICCACIONES TÉCNICAS PARA LA CONSTRUCCION DEL PROTOTIPO DEL MONTAJE EXPERIEMBTAL DE REYNOLDS

PROCEDIMIENTO

Primero se realizó un esquema del prototipo, posteriormente este esquema fue digitalizado en Revit (programa de diseño 3D), con el fin de tener los planos de diseño y tener un modelo en 3D. Para el diseño se tomó en consideración las dimensiones necesarias que los tanques necesitaban para garantizar que el volumen de agua almacenado fuera suficiente para suplir el solicitado por el experimento, al igual que su función y facilidad de construcción donde algunas de las partes fueron cortadas y soldadas.

Una vez definido el prototipo del montaje en planos (diseño) y teniendo en consideración las diferencias de alturas que se requerían para que el sistema funcione, fueron dadas las indicaciones y planos al maestro de metalurgia para que procediera a construir el soporte en el perfil metálico indicado (L 5/8x 5/8x1/8).

Maestro cortando las piezas para el soporte del montaje experimental de Reynolds (Avellaneda, 2016).

Pre-armado del soporte metálico para el montaje experimental de Reynolds (Avellaneda, 2016).

Pintado y secado del soporte metálico (Avellaneda, 2016).

De manera simultánea en el taller donde se realizan cortes de acrílico por medio de tecnología láser, se proporcionaron las indicaciones y planos de los tanques de almacenamiento, así como la longitud de la tubería de acrílico (1 metro) y sus diámetros: 42.00 mm, 24.00 mm y 15.00 mm; estos permiten lograr una percepción visual del fenómeno del número de Reynolds que se origina en su interior. Después de que fueron entregados los productos por parte del maestro metalúrgico y el taller de acrílicos, estos se llevaron a las instalaciones del laboratorio de hidráulica de la Universidad Católica de Colombia, junto con los accesorios requeridos para la construcción de la red hidráulica. Ya en las instalaciones del laboratorio se hizo una previa construcción de la red y del montaje en general, donde se buscaba identificar cualquier tipo de anomalía que se pudiera presentar. Identificada y determinada la manera más práctica para el armado, se procedió a hacer los respectivos ensambles; para soldar las piezas acrílicas se utilizó cloruro de metilo, y para la tubería de PVC soldadura para PVC. Teniendo el montaje armado se hizo un previo llenado con el fin de identificar si existían fugas de agua, en las zonas donde aparecieron fueron selladas con masilla epóxica. Con las fugas solucionadas se procedió a hacer las pruebas pertinentes con el fin de terminar cual era el uso adecuado que debe tener el montaje y el procedimiento al momento de realizar la práctica de laboratorio.

Modelo del montaje experimental de Reynolds (Avellaneda, 2016)

Planos diseño del montaje experimental de Reynolds (Avellaneda, 2016)

Esquema sistema inyección de tinta, montaje experimental de Reynolds (Avellaneda, 2016)

4 PUESTA EN MARCHA, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO, PARA UNA DEBIDA UTILIZACIÓN DEL MONTAJE EXPERIMENTAL

En este capítulo se hablará sobre cómo una vez listo el montaje se deberá utilizar adecuadamente.

4.1 PUESTA EN MARCHA

Con el montaje listo, se realizan pruebas piloto con el fin de identificar y determinar cuáles deben ser las revoluciones por minuto que debe manejar la bomba peristáltica con el fin de lograr una inyección de tinta óptima.

Al estar el sistema de suministro por de debajo del nivel de la tubería donde se observa el fenómeno descrito por Osborne Reynolds en 1884, debemos utilizar una bomba peristáltica, luego de pasar por este equipo la tinta entrara a un sistema de tubos de cobre capilares los cuales darán el paso de tinta a los tubos en acrílico.

4.2 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Teniendo en cuenta las bases teóricas del número de Reynolds se empieza con la formulación de una guía de operación y mantenimiento, donde se encuentra como debe ser el procedimiento para manejar el montaje experimental correctamente, esto con el fin de evitar un mal uso y posibles averías en el montaje. GUÍA DE MANEJO Y MANTENIMIENTO

El montaje experimental de Reynolds debe estar protegido del sol, el agua y la brisa para evitar su deterioro, una vez terminada la práctica de laboratorio se debe dejar vacía para evitar la aparición de hongos. Se sugiere que el montaje experimental de Reynolds sea manejado en lo posible por la misma persona en cada práctica y así evitar un mal uso de este.

El primer paso que debe realizar el operario es llenar el tanque superior con agua (el agua debe de ser cristalina).

Mientras es llenado el tanque superior deben cerrar las válvulas de cada uno de los segmentos de tubería en acrílico, una vez los tres segmentos estén llenos se procederá a abrir completamente la válvula de manera ascendente y con esto garantizar que al momento de

realizar la practica la tubería se encuentre sin ninguna capsula de aire que pueda ocasionar lecturas erróneas de los datos.

Cuando los segmentos en acrílico se encuentren totalmente llenos y sin burbujas, se dejan parcialmente abiertas las válvulas permitiendo el paso del agua al tanque de recolección.

En el momento en que el tanque de recolección se encuentre casi lleno se para el suministro de agua, a continuación, se enciende la bomba centrifuga y se gradúa la válvula del By Pass con el fin de generar un circuito de agua constante.

Para dar inicio a la práctica de determinación del número de Reynolds, se abre la válvula de globo de la sección a utilizar, luego se procede a encender la bomba peristáltica, se selecciona 3 rpm y oprime el botón start.

Para obtener el flujo laminar primero se debe graduar el caudal que sale por la tubería, y luego con las válvulas que se encuentran detrás de la caja de distribución se gradúa la cantidad de tinta que sale por el tubo capilar de cobre.

Para terminar la práctica de laboratorio, lo primero que se debe hacer es oprimir el botón stop en la bomba peristáltica, abrir la válvula del By Pass, cerrar las válvulas de las secciones de acrílicos y apagar la bomba centrifuga.

Una vez finalizado la práctica de laboratorio se debe dejar limpio y desocupado los tanques.

5 ELABORACIÓN DE GUÍAS DE MANEJO Y LABORATORIO PARA EL ESTUDIANTE

Esta guía de laboratorio es realizada para que el estudiante cuente con una base teórica, además de una orientación para determinar los regímenes de flujo.

GUÍA DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIANTE

Esta guía para el estudiante es realizada con el fin de complementar la experiencia al realizar la práctica de la determinación del número de Reynolds.

Objetivo de la practica Identificar los regímenes de flujo (laminar, transicional y turbulento),

según las observaciones. Calcular las mediciones del número de Reynolds para las diferentes

condiciones de velocidad

Marco Teórico

Numero de Reynolds El número de Reynolds, es una relación adimensional entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas. La importancia de este número, es que por medio de este se definen tres tipos de flujo: laminar, transicional y turbulento. Esto es de mucha utilidad ya que, dependiendo del tipo de flujo, existen diferentes modelos físicos que describen su movimiento. Reynolds estudio las características de un flujo, mediante la inyección de un trazador (tinta) en el líquido que estaría fluyendo dentro de una tubería. El comprobó que, a bajas velocidades dentro de la tubería, el trazador se comportaría de manera lineal y en dirección axial. Sin embargo, al momento de aumentar las velocidades del fluido, observo que el trazador inyectado se empezaba a dispersar, lo que indicaba que las líneas del flujo se desorganizaban. Por lo tanto, al flujo que corría a bajas velocidades de manera lineal le llamo flujo laminar, y el tipo de flujo que se obtenía a mayores velocidades, el cual era desorganizado en sus líneas de flujo le denomino flujo turbulento. El flujo laminar se encuentra condicionado por algunas características, las cuales dependen de las propiedades del líquido y las dimensiones del flujo, a medida que se presenta un aumento del flujo, de manera similar pasa con las fuerzas de momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la

fuerza de fricción o viscosas. En el momento en que se logra un equilibrio entre estas fuerzas se dice que este genera un cambio en las características del flujo. Con base en ensayos experimentales realizados por Osborne Reynolds, han llegado a la conclusión que las fuerzas de momento se encuentran en función de la densidad, diámetro de la tubería y la velocidad. El número de Reynolds, está definido como:

O equivalente a

Donde

: Densidad del fluido : Velocidad característica del fluido : Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o

longitud característica del sistema : Viscosidad dinámica del fluido : Viscosidad cinemática del fluido (m²/s)




Flujo Laminar: Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido, se

denomina flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado y 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.

Foto: flujo laminar (Avellaneda, 2016)

Flujo Turbulento: en mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, donde las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de estas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.

Foto: flujo turbulento (Avellaneda, 2016)

Régimen De Transición: Para valores de 2000 < Re < 4000 la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina de transición.

Foto: flujo de transición (Avellaneda, 2016)

Metodología Equipo necesario para realizar la practica

Cronometro

Tinta para observar el tipo de flujo

Calibrador o pie de rey, para medir el diámetro interno del tubo

El equipo esquematizado a continuación:

Modelo del montaje experimental de Reynolds (Avellaneda, 2016).

Procedimiento

1) Determinar el diámetro interno de la tubería transparente.

2) Medir la temperatura del agua y hacer control permanente a las variaciones de esta.

3) Encender la bomba centrifuga para que el sistema de circulación de agua

inicie su funcionamiento

4) Verificar que la tubería de acrílico plexiglás se encuentre totalmente llena y sin burbujas.

5) Abrir suavemente las válvulas de control con el fin de que el caudal

incremente

6) Encender a 3 rpm la bomba peristáltica y graduar la cantidad de tinta inyectada por medio de las válvulas de control del sistema de tinta.

7) Una vez determinado el régimen buscado por medio de la observación en la

tubería de acrílico, realizar un registro de aforos de caudal.

Memoria de cálculos

O equivalente a

Donde

: Densidad del fluido : Velocidad característica del fluido : Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o

longitud característica del sistema : Viscosidad dinámica del fluido : Viscosidad cinemática del fluido (m²/s)




Tablas de registro de datos.

Diámetro

(m)

Gasto

(m³/s)

Velocidad

(m/s)

Temperatura

ºC

Viscosidad

Cinemática (m²/s)

Numero de

ReynoldsTipo de Flujo

1

2

3

4

5

Diámetro

(m)

Gasto

(m³/s)

Velocidad

(m/s)

Temperatura

ºC

Viscosidad

Cinemática (m²/s)

Numero de


1

2

3

4

5

Diámetro

(m)

Gasto

(m³/s)

Velocidad

(m/s)

Temperatura

ºC

Viscosidad

Cinemática (m²/s)

Numero de


1

2

3

4

5

Graficar caudal vs número de Reynolds

Graficar velocidad vs número de Reynolds

Graficar diámetro vs Numero de Reynolds

6 CONCLUSIONES

Basado en los experimentos realizados por Osborne Reynolds en 1883 se determinó que el diseño del montaje debería basarse en dos elementos: primero garantizar una circulación constante y cíclica del fluido y segundo permitir el uso de distintos valores en las variables que influyen en el comportamiento flujo, con el fin no solo de identificar, además diferenciar los cambios que se producen entre unos valores y otros.

Teniendo en cuenta que el diámetro del canal y la velocidad del fluido son dos de las variables que condicionan el flujo se estableció usar tres canales o tuberías de diferentes diámetros para así permitir la identificación y diferenciación de los regímenes de flujo entre los distintos valores; se hizo lo propio para posibilitar la variación de la velocidad y se decidió incorporar válvulas en la salida tanto del fluido base (agua) como en el trazador (tinta) y de esta manera graduar y controlar el caudal o gasto de los fluidos.

Basados en los diferentes ensayos realizados en el montaje experimental, se pudo establecer qué la velocidad del fluido debe ser inversamente proporcional al diámetro del canal para lograr cada uno de los regímenes de flujo; con base en esto se concluyó que: Las velocidades óptimas para lograr un flujo laminar en los diferentes diámetros fueron: para los diámetros 42.00 mm, 24.00 mm y 15.00mm son respectivamente 0.0358 m/s, 0.0627 m/s y 0.1 m/s; para flujo transicional: para los diámetros 42.00 mm, 24.00 mm y 15.00mm son respectivamente 0.0716 m/s, 0.125 m/s y 0.201 m/s; y para flujo turbulento: para diámetros 42.00 mm, 24.00 mm y 15.00mm son 0.119 m/s, 0.209 m/s y 0.334 m/s respectivamente.

Con la elaboración de esta herramienta (montaje experimental físico Reynolds, guía de manejo y guía de laboratorio), los estudiantes de la Universidad Católica de Colombia tendrán la posibilidad de complementar y comprobar sus bases teóricas acerca del comportamiento de los fluidos, en una práctica que les permitirá visualizar fácilmente la conducta de los regímenes de flujo laminar, transicional y turbulento.

7 BIBLIOGRAFIA

Giles., R. V. (2003). Mecanica de fluidos e Hidraulica. Cataluña España : Schaum publishing Company .

Jorge Luis Barreto Rivera, H. A. (19 de septiembre de 2016). http://uniminuto.edu.co . Obtenido de http://uniminuto.edu.co : http://repository.uniminuto.edu:8080/jspui/bitstream/10656/2845/1/TIC_BarretoRiveraJorgeLuis_2008.pdf

Jose, A. G. (octubre de 2015). Experimento de Reynolds . Ayacucho , Peru.

Olano, E. (28 de agosto de 2016). El agua segun la ciencia, Enzo Levi . Obtenido de El agua segun la ciencia, : http://hidraulica.umich.mx/bperez/elaguasegunlaciencia.htm

Toledo, U. R. (2008). Diseño y montaje del equipo hidraulica para el ensayo en el laboratorio del numero de reynolds y orificios de descarga libre. Girardot, Colombia .

Acrilicos y Plasticos. (17 de Septiembre de 2016). zAcrilicos y Plasticos. Obtenido de zAcrilicos y Plasticos: http://www.acrilico.net/acrilico-plexiglas-2/

diferlim, G. (18 de septiembre de 2016). Grupo diferlim S.A.C. Obtenido de Grupo diferlim S.A.C: http://diferlim.com/tubos.html

EcuRed. (28 de agosto de 2016). zEcuRed, concocimiento con todos y ara todos. Obtenido de zEcuRed, concocimiento con todos y ara todos: http://www.ecured.cu/Osborne_Reynolds

Todo Equipos S.A. (28 de 08 de 2016). zTodo Equipos. Obtenido de zTodo Equipos: http://www.topoequipos.com/dem/laboratorios-did%C3%A1cticos/mec%C3%A1nica-de-fluidos-y-aerodin%C3%A1mica

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