PRÁCTICA No. 2 NÚMERO DE REYNOLDS

DESCRIPCIÓN DEL TEMA

El número de Reynolds (NRE) es un parámetro adimensional cuyo valor indica si el flujo sigue un modelo laminar o turbulento, que relaciona las propiedades más importantes de flujo y permite determinar si el régimen del mismo, es laminar, turbulento o de transición.

Matemáticamente se expresa:

En resumen, es la relación entre fuerzas viscosas y fuerzas gravitacionales. Si el Reynolds es bajo, indica que prevalecen las fuerzas viscosas y el régimen de flujo es laminar (la transmisión de la cantidad de movimiento en el fluido se da entre capas laminares). Por el contrario, si el Reynolds es alto, no influyen tanto las fuerzas viscosas y el régimen es turbulento (el movimiento no se da por capas, sino desordenadamente, por remolinos y cambia el perfil de velocidad del fluido). Visualmente, si se agrega una tinta al fluido, se verá como una línea en régimen laminar; en cambio, para el régimen turbulento se disolverá coloreando todo el fluido.

El número de Reynolds depende de la velocidad del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro equivalente y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica.

En una tubería circular se considera:

• Re < 2300 El flujo sigue un comportamiento laminar.

• 2300 < Re < 4000 Zona de transición de laminar a turbulento.

• Re > 4000 El fluido es turbulento.

OBJETIVOS:

- Calcular el Número de Reynolds para un sistema de flujo y observar el cambio de régimen con ayuda de una tinta disuelta en el agua.

- Demostrar el experimento de Osborn Reynolds.

- Determinar los Números de Reynolds para flujos laminares y turbulentos.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO:

Con el HM 150.18 se representan en color las líneas de corriente en el flujo laminar o turbulento con ayuda de un contraste introducido (tinta). A partir de los resultados del ensayo se determina el número de Reynolds crítico.
El equipo de ensayo consta de una sección de tubo transparente por la cual fluye el agua con una alimentación de flujo optimizada. A través de una válvula puede ajustarse el caudal en la sección de tubo. La tinta se introduce en el agua que fluye. Una capa de esferas de vidrio en el depósito de alimentación se encarga de que el flujo sea uniforme y con escasas turbulencias.

El equipo de ensayo se coloca de forma sencilla y segura sobre la superficie de trabajo del módulo básico HM 150. El suministro de agua y la medición de caudal se realizan a través del HM 150. Como alternativa, el equipo de ensayo también se puede conectar a la red del laboratorio.

DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA:

La práctica realizada, consistió en hacer circular un flujo de agua a través de un módulo básico de Gunt HM 150.18, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería correspondiente y la manguera de salida del módulo a un desagüe, de tal manera que no se tiñera el agua del depósito de la bomba. El flujo de agua era conducido por mangueras hacia el tanque principal el cual se debía llenar constantemente, este tanque contenía, además, pequeñas partículas redondas las cuales regulaban y evitaban la formación de remolinos durante el paso del fluido por el tanque.

Video del funcionamiento del equipo en el laboratorio.

Para controlar cada tipo de flujo, se utilizaron válvulas de control las cuales regulaban la velocidad con la cual el agua y el azul de metileno pasaban a través del tubo y así, se podía determinar el tipo de régimen presente. Para poder observar de manera eficaz el paso del fluido por medio del tubo se dejaba mezclar un tinte, en este caso azul de metileno, por medio del conducto para observar el recorrido del fluido. Si el flujo era laminar, se observaba una línea de tinta recta, que no se mezclaba con el agua, si el flujo era de transición, se alcanzaba a observar pequeños rasgos de tinta azul en el agua y pequeños remolinos, y por último, si el flujo era turbulento, no se podía identificar la línea del azul de metileno, ya que todo el que entraba en el tubo, se dispersaba en el agua.

Observación del flujo laminar. Línea de tinta azul, que no se mezcla con el agua.

Observación del flujo de transición de laminar a turbulento. El azul de metileno se mezcla un poco con el agua.

Observación del flujo turbulento. El azul de metileno se mezcla completamente con el agua y el flujo es desordenado.

Se midió, también, el caudal empleado, como el mayor volumen de agua que pudo medirse con precisión, tomando el tiempo con el cronómetro suministrado.

DATOS Y CÁLCULOS OBTENIDOS:

ANÁLISIS DE RESULTADOS:

El movimiento de un fluido puede ser turbulento, laminar o transitorio dependiendo de la viscosidad, la velocidad de flujo y el diámetro interno característico del tubo. En la práctica en cuestión se analizaron los tres tipos de flujos, sin embargo se presentó una variación en los datos obtenidos para el régimen transitorio, ya que el número de Reynolds calculado para este flujo no se encuentra dentro del rango de valores determinado para este tipo este régimen, según el valor obtenido, este sería un régimen laminar. Esto se puede deber a un error en la observación del flujo de agua con azul de metileno, o cualquier otro tipo de error en el manejo del equipo.

Otro factor importante que influyó en el resultado para el régimen transitorio, pudo haber sido que se despreció la viscosidad del fluido y la fricción de este mismo al pasar por el tubo, asimismo la presencia de tinta (azul de metileno) en el fluido afectó el régimen de este desestabilizándolo, por otro lado, posiblemente no se aplicó la suficiente fuerza dinámica para obtener el régimen esperado.

CONCLUSIONES:

Se analizó que el cálculo del número de Reynolds se pudo ver afectado porque en la práctica no se puede asumir un estado transitorio ni despreciar la viscosidad y la temperatura del fluido, por lo que los resultados no siempre permitirán definir el régimen del mismo. Además, no se contaba con un instrumento de medición y control exacto, por lo que la manera en que se controla el caudal está dada a muchos errores, que pudieron afectar los cálculos obtenidos.
Se comprobó que a velocidades de flujo bajas, se obtendrá un número de Reynolds bajo y por lo tanto un flujo laminar, el cual se caracteriza por un movimiento en capas o láminas observadas gracias a la inyección de tinta (azul de metileno) en el fluido, que se observaba como un hilo azul.
Se observó un flujo turbulento al aumentar la velocidad de flujo, esto debido a que al inyectar la tinta, el fluido se volvió inestable y aleatorio.
Se pudo diferenciar el flujo laminar (lento y ordenado), el flujo turbulento (rápido y desordenado) y el flujo transitorio (transición entre laminar y turbulento).
Se pudo evidenciar que si el Reynolds es bajo, indica que prevalecen las fuerzas viscosas y el régimen de flujo es laminar (la transmisión de la cantidad de movimiento en el fluido se da entre capas laminares), por el contrario, si el Reynolds es alto, no influyen tanto las fuerzas viscosas y el régimen es turbulento (el movimiento no se da por capas, sino desordenadamente, por remolinos y cambia el perfil de velocidad del fluido).

REFERENCIAS:

* MOTT, R. (2006). MECANICA DE FLUIDOS. MEXICO: PEARSON EDUCATION.

* FRANCINI. (2000). Mecánica de Fluidos con aplicaciones en Ingeniería. MADRID: MC GRAW HILL.