NUMERO
DE REYNOLDS
Reynolds (1874) estudió las
características de flujo de los fluidos inyectando un trazador dentro de un
líquido que fluía por una tubería. A velocidades bajas del líquido, el
trazador se mueve linealmente en la dirección axial. Sin embargo a mayores
velocidades, las líneas del flujo del fluido se desorganizan y el trazador se
dispersa rápidamente después de su inyección en el líquido. El flujo
lineal se denomina Laminar y el flujo errático obtenido a mayores velocidades
del líquido se denomina 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).
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 2100 o menor el flujo será laminar. Un número de
Reynold mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en
la pérdida de energía y el flujo es turbulento.
FLUJO
LAMINAR.
A valores bajos de flujo másico,
cuando el flujo del líquido dentro de la tubería es laminar, se utiliza la
ecuación demostrada en clase para calcular el perfil de velocidad (Ecuación de
velocidad en función del radio). Estos cálculos revelan que el perfil de
velocidad es parabólico y que la velocidad media del fluido es aproximadamente
0,5 veces la velocidad máxima existente en el centro de la conducción
FLUJO
TURBULENTO.
Cuando el flujo másico en una
tubería aumenta hasta valores del número de Reynolds superiores a 2100
el flujo dentro de la tubería se vuelve errático y se produce la mezcla
transversal del líquido. La intensidad de dicha mezcla aumenta conforme aumenta
el número de Reynolds desde 4000 hasta 10 000. A valores superiores del
Número de Reynolds la turbulencia está totalmente desarrollada, de tal manera
que el perfil de velocidad es prácticamente plano, siendo la velocidad media
del flujo aproximadamente o,8 veces la velocidad máxima.
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