NÚMERO DE REYNOLDS

El número de Reynolds (Re) es un parámetro adimensional cuyo valor indica si el flujo sigue un módelo laminar o turbulento.

El número de Reynolds depende de la velocidad del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro equivalente si la conducción no es circular, y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica.

El 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.

Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las propiedades del líquido y de las dimensiones del flujo. Conforme 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).

Flujo laminar: las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de trayectorias uniforme en capas o láminas, con el mismo sentido, dirección y magnitud, suele darse a pequeñas velocidades, en tubos con pequeño diámetro y con fluidos muy viscosos (aceites). En estas condiciones, las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia.

Flujo turbulento: las partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas, desordenadas, con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del flujo, y por tanto el número de Reynolds, la tendencia al desorden crece. Ninguna capa de fluido avanza más rápido que las demás, y sólo existe un fuerte gradiente de velocidad en las proximidades de las paredes de la tubería, ya que las partículas en contacto con la pared han de tener forzosamente velocidad nula.

El paso de régimen laminar a turbulento no se produce de manera instantánea. Cuando se trabaja en régimen laminar, a velocidades bajas, y se fuerza al fluido para que adquiera mayor velocidad, comienzan a aparecer ondulaciones (régimen crítico), y de persistir este aumento llevará al fluido a alcanzar el régimen turbulento.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Para la realización de este ejercicio, se hizo uso de un equipo Módulo Gunt HM 150.18 I(imágen 1), con el cual se pudo apreciar los distintos tipos de flujo a partir de la visualización del comportamiento del azul de metileno dentro del fluido(agua) al pasar por un tubo cuyo flujo másico se controlaba y restringía por medio de válvulas, de igual forma se tomó el caudal para conseguir la velocidad del fluido. A continuación se da una breve descripción del equipo utilizado, funcionamiento y finalidad:

Imágen 1. módulo básico HM 150.18

  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. 

 Los distintos comportamientos que se observaron en el flujo del azul de metileno fueron los siguientes:

• Flujo laminar

• Flujo transitorio

• Flujo Turbulento

Después de haber realizado el respectivo procedimiento, se consiguieron los siguientes datos:

Teniendo estos valores, se realizaron los siguientes cálculos:

Número de Reynolds (Re)

Para hallar este dato para cada flujo, se debe hacer uso de la siguiente ecuación:

Velocidad (v)

En el cálculo de esta medida es necesario el uso del caudal (Q) y el área transversal del tubo

Por lo tanto, tenemos los siguientes resultados:

ANÁLISIS DE DATOS

A partir de los resultados encontrados, se encontró que el número de Reynolds para el flujo laminar es <3200 por lo cual se puede afirmar que si pertenece a este régimen, para el flujo N° 3 o turbulento se encontró un Re >4000, por lo cual también es posible demostrar con este dato que los rangos establecidos para el parámetro de Re es verídico. Sin embargo, en el caso del fluido transitorio realizado en le práctica no es posible demostrar este principio, pues resulta con un Re<3200 por lo cual se clasificaría como laminar;este error se le puede atribuir a que se realizó una mala medición en la toma del caudal o no se realizó el procedimiento con el tipo de fluido que se quería (transitorio). 

De igual forma, se puede evidenciar que el caudal es crítico para la obtención del flujo que se desea en esta practica, ya que la viscosidad es la misma al haber trabajado con el mismo fluido por lo que no se puede considerar un parámetro influyente en la clasificación del flujo, por esta razón el flujo másico que fue controlado a través de las válvulas es el criterio mas importante para darle las características de flujo al fluido, puesto que a un menor caudal y por lo tanto flujo másico y velocidad las fuerzas de momento o inercia se restringen más  y el número de Re se hace mas pequeño a comparación de un caudal mayor que resulta en trayectorias desordenadas por parte de las partículas del fluido (las fuerzas de inercia se hacen mucho mayores que las fuerzas viscosas).

CONCLUSIONES

• Se pudo demostrar que el parámetro de Re es un buen factor para clasificar el tipo de flujo de un fluido.
• Los flujos de tipo laminar presentan un movimiento uniforme y se logra mediante bajas velocidades (bajo flujo másico).
• Los flujos de tipo turbulento presentan un comportamiento desordenado, debido a la baja restricción de su fluidez. (velocidades altas).
• En la realización de la practica, el parámetro que determinó principalmente el comportamiento del fluido fue el caudal.

BIBLIOGRAFÍA

1. Valvias. Número de Reynolds. Recuperado de http://www.valvias.com/

2. Open course ware (2007).Principios de la hidráulica. Universidad de Sevilla. Recuperado de http://ocwus.us.es/

3. Gunt hamburg. Ensayo de Osborne Reynolds. Equipos para la educación en ingeniería. Recuperado de http://www.gunt.de/