NUMERO DE REYNOLDS

MARCO TEORICO 

Un flujo laminar se define como aquel en que el fluido se mueve en capas o láminas, moviéndose suavemente unas sobre otras y existiendo sólo intercambio de moléculas entre estas capas. Cualquier tendencia hacia la inestabilidad o turbulencia es disminuida por la acción de las fuerzas cortantes viscosas que se oponen al movimiento de estas capas de fluido que se encuentran juntas entre sí. Por otro lado, en un flujo turbulento el movimiento de las partículas es muy inestable o desordenado y se tiene un intercambio entre capa y capa muy intensa o con mayor velocidad que si fuese un flujo laminar. 

El número de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del flujo, es decir, si se trata de un flujo laminar, flujo transicional o de un flujo turbulento, además indica la importancia relativa de la tendencia del flujo hacia un régimen turbulento respecto de uno laminar y la posición de este estado dentro de una longitud determinada. 

Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del líquido y de las dimensiones del flujo. Mientras que aumenta el flujo másico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la por la fricción o fuerzas viscosas dentro del líquido que fluye. Cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen cambios en las características del flujo. En base a los experimentos realizados por Reynolds en 1874 se concluyó que las fuerzas del momento son función de la densidad, del diámetro de la tubería y de la velocidad media. Además, la fricción o fuerza viscosa depende de la viscosidad del líquido. Según dicho análisis, el Número de Reynolds se definió como la relación existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).

Este número es adimensional y puede utilizarse para definir las características del flujo dentro de una tubería. 

El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida de energía causada por efectos viscosos. Observando la ecuación anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la pérdida de energía, el número de Reynolds es pequeño y el flujo se encuentra en el régimen laminar. Si el Número de Reynolds es 2000 o menor el flujo será laminar. Un número de Reynolds mayor de 4000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento. Finalmente si el número de Reynolds llega a estar entre los valores igual o mayor a 2000 e igual o menor a 4000 se considera que el flujo de ese fluido es transicional. 

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Para esta práctica de laboratorio se usó el Módulo Básico Gunt HM 150 (G.U.N.T., 2005), el cual para este montaje se obtuvieron tres volúmenes en tres diferentes tiempos teniendo en cuenta el flujo que se mostraba aparente gracias a el azul de metileno quien fue el encargado de servir como indicador de un flujo laminar o turbulento ara este fluido. El montaje se muestra a continuación con sus respectivas partes: 

1. Grifo de salida (agua y azul de metileno) 

2. Conexión de desagüe 

3. Tramo de tubo de ensayo 

4. Terraplén de bola 

5. Pieza de entrada de azul de metileno

6. Saliente de entrada de Latón 

7. Grifo de dosificación (control del azul de metileno) 

8. Depósito de aluminio para tinta 

9. Depósito de reserva de agua 

10. Tramo de rebosadero (Tubo rojo) 

11. Componente de estrangulación 

12. Alimentación de agua 

13. Placa base 

El objetivo general para la obtención de los datos era dejar que el flujo se desplaza a través del tramo de tubo de ensayo teniendo en cuenta que para comenzar a medir un volumen de agua se debía primero obtener una línea de azul de metileno durante todo el trayecto. 

Para poder graduar el sistema en general y obtener ya fuese una línea totalmente recta de azul de metileno hasta una línea totalmente desorganizada de la misma, era necesario graduar la cantidad de agua que entraba al sistema al igual que la cantidad de azul de metileno que se juntara a esta corriente de agua. Para poder cuadrar estos volúmenes se necesitaron de las válvulas 7 y la 1. Sin embargo para poder obtener aún mejores resultados era necesario que el agua que estaba en el depósito de reserva no superara el límite de rebosamiento o el tramo de reboso ya que esto producía errores en la lectura o vista del azul de metileno durante el trayecto por el tubo de ensayo. 

Finalmente teniendo todo esto cuadrado, se calcularon tres volúmenes diferentes con tres tiempos diferentes teniendo un comportamiento diferente del azul de metileno en cada una de estas pruebas para así concluir con la toma de datos. 

DATOS

En esta práctica tuvimos la oportunidad a partir de la experimentación, el variar tanto la velocidad como el caudal de un sistema teniendo en cuenta su diámetro, para posteriormente hallar el Reynolds del mismo, que luego definiría si el flujo es laminar, de transición o turbulento. 

Las ecuaciones usadas para hallar Reynolds fueron las siguientes: 

Los datos recolectados para el buen uso de las ecuaciones son los siguientes: 

Para la obtención de los números Reynolds los elementos constantes fueron el diámetro la densidad del agua y la viscosidad cinemática del agua (las dos últimas tomadas a 15ºC). 

Según los datos anteriormente nombrados los resultados serían los siguientes: 

Reynolds #1:

Reynolds #2: 

Reynolds #3: 

ANÁLISIS DE DATOS 

En la siguiente tabla se muestran los resultados de cada prueba con su respectivo Reynolds, velocidad y clasificación. 

En los siguientes recuadros se puede observar el comportamiento del flujo en comparación a la realidad, que es la imagen obtenida en el laboratorio sobre la prueba hecha: 

En la práctica a pesar de que se varió el tiempo y el volumen, esto solo hizo que se produjeran diferentes caudales, los cuales actuaron como constantes al momento de hallar Reynolds con los diferentes diámetros. De igual manera podemos ver como el caudal es directamente proporcional al volumen eh inversamente proporcional al tiempo lo que quiere decir que a mayor volumen mayor será el caudal y a mayor tiempo menor será el caudal. 

Otro aspecto a tener en cuenta es que de la prueba uno se presentaron flujo laminar, la prueba dos fue un flujo de transición y por último la prueba tres resulto siendo un flujo turbulento. Esto puede ser representado en la gráfica 1, donde se presenta una tendencia lineal demostrando que en el caso de la prueba tres, al ser este el mayor caudal entre todos, hace que se presenta en él un Reynolds mayor respecto al resto. 

Por último, la gráfica muestra una tendencia lineal entre el caudal y Reynolds, esto es correcto decirlo debido a los resultados muestran que entre mayor sea el caudal mayor será el Reynolds. 

CONCLUSIONES 

Determinamos que a un mayor caudal el fluido va a tender a un flujo turbulento, en cambio si hay un caudal bajo el flujo de este fluido tenderá a ser laminar. 

Demostramos que en un flujo turbulento las pérdidas de energía son mayores que las de un flujo laminar y es una de las razones por las cuales siempre se desea un flujo laminar para el transporte de un fluido por una tubería esto teniendo en cuenta la viscosidad dinámica del fluido. 

REFERENCIAS 

G.U.N.T. (07 de 2005). Gunt hamburg. Recuperado el 7 de 10 de 2015, de Equipos parala educacion en ingenieria: http://www.gunt.de/static/s3410_3.php 

REYNOLDS, N. Y. (09 de 2006). Fluidos.eia. Recuperado el 7 de 10 de 2015, de Fluidos.eia: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/reynolds/numero.html