PRACTICAS DE LABORATORIO Grado de Ingeniería de la Energía Mecánica de Fluidos

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De los datos obtenidos, podemos observar que nuestro número de Reynolds crítico está en torno a los 2700, siendo este el primer punto en el que comenzamos a visualizar que se producían oscilaciones en el flujo cerca de las paredes del conducto.

Gráfica 1: Caudal vs [pic 19]

[pic 20]

En la gráfica 1 se ha representado el caudal en l/s frente a la diferencia de presión en Pa. Podemos observar los puntos en los que el flujo está dentro del régimen laminar, en los que han comenzado a aparecer oscilaciones en el flujo (puntos de transición) y por último los puntos del régimen turbulento, donde se han observado en el flujo oscilaciones grandes dentro del conducto.

Gráfica 2: Reynolds vs λ

[pic 21]

En la gráfica 2 se han representado los puntos obtenidos utilizando el coeficiente de fricción de Fanning para cada régimen, por debajo de los 2300 de Reynolds tenemos los de flujo laminar en color azul, a continuación los puntos en transición en color rojo y los puntos en régimen turbulento en color verde.

Observando estos datos obtenidos, podemos comentar que a bajos números de Reynolds, es donde encontramos una mayor fricción y el fluido responde mejor a una corriente de Poiseuille. También podemos observar que la zona de transición queda bien definida. ya que estaría por la zona donde se suaviza la pendiente de régimen laminar y donde se incrementa la de régimen turbulento.

Los siguientes puntos que se han añadido son los modelos experimentales de la Ley de Hagen-Poiseuille para valores del Reynolds por debajo de los 2300, y por tanto este modelo nos sirve para comparar los valores del régimen laminar teórico con los valores obtenidos experimentalmente. Como podemos ver para valores cercanos al Reynolds crítico nos dan los valores más aproximados que para valores de Reynolds pequeño

Por otro lado tenemos el modelo de Blasius el cual nos da la aproximación para Reynolds menores de y en este caso lo usamos para comparar los valores obtenidos con los valores en régimen turbulento. Y vemos que los valores calculados son todos superiores a los obtenidos, pudiéndose deber a que la fricción generado en nuestro modelo, es menor que la generada en el modelo teórico de Blasius.[pic 22]

Conclusión

Una vez analizados los datos obtenidos y los cálculos podemos decir que los resultados obtenidos son bastantes aproximados a los datos teóricos, ya que se dice que el Reynolds de transición oscila entre los 2300 y los 4000, estando a un lado el régimen laminar y al otro el régimen turbulento, los valores que se han obtenido son cercanos a estos valores, luego pese a los posibles errores humanos que se pudieran haber cometido en la lectura de los datos, se han obtenido unos valores bastante representativos.

En cuanto a la comparación de la gráfica de Reynolds vs λ, los valores obtenidos por la relación debida a Blasius para régimen turbulento y a la Ley de Hagen-Posieuille para régimen laminar, podemos decir que para valores que estén situados en régimen laminar cercanos al punto crítico esta nos da valores bastante cercanos a lo experimental, mientras que la relación de Blasius queda algo más desviada la teórica que la experimental en nuestro caso.

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Velocidad terminal / sedimentación

Introducción

Si se considera un objeto que cae verticalmente en ausencia del aire, debido a la aceleración de la gravedad, su velocidad se incrementaría con el tiempo. Sin embargo, las fuerzas de fricción o de resistencia del aire impiden que la velocidad aumente sin límite de tal manera que en algún momento el objeto alcanza una velocidad constante denominada velocidad terminal.

En nuestro caso el objeto va a ser una esfera que desciende verticalmente en un fluido en reposo, su velocidad terminal se puede resolver haciendo un balance de las fuerzas que actúan sobre ella. Estas fuerzas son el peso de la esfera, el empuje y la fuerza de resistencia que ejerce el fluido sobre la esfera.

El objetivo de esta práctica es medir experimentalmente las velocidades terminales de diferentes esferas que sedimentan en distintos líquidos, siempre con fuerzas viscosas dominantes en el movimiento del fluido alrededor de las esferas, y compararlas con las correspondientes relaciones teóricas.

En nuestro caso hemos estudiado el proceso de sedimentación de siete esferas, tres para el primer fluido que es aceite de vaselina y cuatro para el segundo fluido siendo este glicerina y las esferas con de diferentes diámetros, en el interior de un tubo vertical transparente.

El tubo tiene dos marcas separadas una distancia . Hemos hecho la medición del tiempo de caída de la esfera entre las dos marcas, tres mediciones por esfera, con un cronómetro manual, para que junto a la distancia poder obtener el valor de la velocidad terminal:[pic 23]

[pic 24]

Y una vez obtenido este valor para cada medición, se comparará este valor con las expresiones teóricas de la Ley de Stokes:

[pic 25]

Y por una expresión analítica aproximada:

[pic 26]

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Resultados obtenidos

Datos Aceite:

Fluido

R(mm)

tc(s)

Vt(m/s)

Re (Ec.4)

Vts(m/s)

Vtp(m/s)

ξ

η

Aceite

6,485

1,66

0,301

23,362

4,331

0,542

0,652

0,070

1,78