INTRODUCCION

El presente Informe de Mecánica de los Fluidos tiene por finalidad dar a conocer cómo se puede distinguir o determinar los diferentes tipos de flujos en el ensayo denominado cuba de Reynolds.

1- GENERALIDADES

1.1- NUMERO DE REYNOLDS:

Reynolds descubrió que la existencia de uno u otro tipo de flujo depende del valor que toma una agrupación adimensional de variables relevantes del flujo, parámetro al que se denomina en su honor como número de Reynolds. Se define el número de Reynolds, designado como Re, como:

ℜ=V . Dv

Dónde: v: la velocidad media del flujo (caudal /áreatransversal delconducto), D el diámetro y, ν la viscosidad cinemática del fluido.

ℜ= ρ.V .Dμ

ρ: Densidad del fluido ¿

V: velocidad media ¿

D: diámetro interno del tubo (m)

μ: Viscosidad absoluta o dinámica del fluido ¿

v: Viscosidad cinemática del fluido ¿

El número de Reynolds es la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas de la corriente fluida. Esta relación es la que determina la inestabilidad del flujo que conduce a un régimen turbulento.

En todos los flujos existe un valor de este parámetro para el cual se produce la transición de flujo laminar a flujo turbulento, habitualmente denominado número de Reynolds crítico. Generalmente para flujo en tubos se establecen los siguientes valores críticos del número de Reynolds:

• Si ℜ<2000, el flujo es laminar.• Entre 2000<ℜ<4000, existe una zona de

transición de flujo laminar a turbulento.

• Si ℜ>4000 el flujo es turbulento.

El experimento de Reynolds consiste en determinar los factores que afectan el movimiento de un fluido y en qué forma lo afectan.  El movimiento de un fluido puede ser sinuoso (turbulento) o directo (laminar) dependiendo de: La viscosidad, La velocidad y La longitud característica.

1.2- TIPOS DE FLUJO:

El tipo de flujo que se presenta en el desplazamiento de un fluido por un canal es muy importante en los problemas de dinámica de fluidos. Es por ello Cuando la velocidad de flujo es baja, su desplazamiento es uniforme. Sin embargo, cuando la velocidad es bastante alta, se observa una corriente inestable en la que se forma remolinos o pequeños paquetes de partículas de fluido que se mueven en todas las direcciones y con gran diversidad de ángulos con respecto a la dirección normal del flujo. El primer tipo de flujo a velocidades bajas donde las capas de fluidos parecen desplazarse una sobre otras sin remolinos o turbulencias, se llama “FLUJO LAMINAR” y obedece a la ley de la viscosidad de Newton.

El segundo tipo de flujo a velocidades más altas, donde se forman remolinos que impacten al flujo una naturaleza fluctuante, se llama “FLUJO TURBULENTO”.

1.2.1- FLUJO LAMINAR:

Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando este es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas, o en capas cilíndricas coaxiales como por ejemplo:

La glicerina en un tubo de sección circular. Las capas se mesclan entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular.

Se dice que el flujo es aerodinámico porque cada partícula del fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente.

La pérdida de energía es proporcional a la velocidad media. El perfil de velocidades tiene forma de una parábola. Donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo. Se da en fluidos con velocidades bajas o viscosidades altas, cuando se cumple que el número de Reynolds es inferior a 2000. Más allá de este número, será un flujo transicional o turbulento

La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar: Esta ley establece la relación existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de deformación angular. La acción de la viscosidad puede amortiguar cualquier tendencia turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar. En situaciones que involucren combinaciones de la baja viscosidad, alta velocidad o grandes caudales, el flujo laminar no es estable, lo que hace que se transforme en flujo turbulento.

1.2.2- ZONA-TRANSICION:

Esta zona se establece por lo general cuando el numero de Reynolds está entre 2000 y 4000

1.2.3- FLUJO TURBULENTO:

Corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y 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 caótica.

1.2.4- DIFERENCIA ENTRE FLUJOS LAMINAR Y TURBULENTO

FLUJO LAMINAR FLUJO TURBULENTO

El movimiento es ordenado y en conjunto es realmente estacionario.

Su movimiento no es ordenado.

Las fuerzas viscosas de origen molecular son predominantes

Las fuerzas viscosas son relativamente importantes.

Las fuerzas de inercia son irrelevantes.

Las fuerzas de inercia son dominantes.

2- OBJETIVOS :

Objetivo general:

Visualizar y distinguir los distintos tipos de flujos: laminar, transitorio y turbulento; en el famoso ensayo de Reynolds.

Objetivo específico:

Estudio, visualización y determinación del Número de Reynolds en:

o régimen laminar.  

o régimen de transición.

o régimen turbulento.

3- MATERIALES

Cuba de Reynolds, compuesto de un tubo de vidrio, y de un inyector colorante.

Permanganato de potasio. Un termómetro. Un cronómetro.

Una probeta

4- PROCEDIMIENTO

Revisión de todas las llaves y válvulas comprobando que están cerradas. 

Apertura de la válvula de control de ingreso del agua de la línea, regulando de tal forma que se presente un rebose de agua mínimo.

Se procede a abrir ligeramente la válvula de control de salida del agua, girando la manija.

El agua que sale es almacenada en un recipiente cúbico graduado en litros, que está equipado al costado de la Cuba de Reynolds.

Medición del tiempo en el cual ingresa un volumen de agua identificable (1Lo 1/2L) en el recipiente mencionado anteriormente.

Verificación de la temperatura del agua para calcular la viscosidad cinemática del agua en ese momento.

Apertura de la llave de control de salida del colorante, de manera que fluya a través del tubo de vidrio, tratando que el hilo de tintura sea lo más delgado posible.

Se repite el mismo procedimiento cinco veces, pero cada vez incrementado el caudal del agua.