Mecánica de fluidos: Número de Reynolds

Número de Reynolds

Objetivo

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.

Marco Teórico

El Número de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del flujo, es decir, si se trata de un flujo laminar 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 relativa de este estado dentro de una longitud determinada.

El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida de energía causada por efectos viscosos.
Donde:
ρ= Densidad del fluido.
D= Diametro interno del area transversal por donde pasa el fluido.
V= velocidad del fluido.
μ = viscosidad dinámica del fluido.

Según 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.
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.

Relaciones numéricas del número de Reynolds:

Re < 2300; el fluido es laminar
Re > 4000; el fluido es turbulento
2300 < Re < 4000 ; el fluido está en un estado transitorio de laminar a turbulento.

Equipos y procedimientos

Equipo: Módulo HM 150.18

Instalar el Módulo HM 150.18 sobre Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 12, y la manguera de salida del módulo a un desagüe, de tal manera que no se tiña el agua del depósito de la bomba.
Cerrar la válvula de salida de la bomba, la válvula N° 11 y la válvula N° 1, de salida del módulo.
Manteniendo cerrada la válvula N° 7, llenar con tinta el depósito N° 8.
Poner en funcionamiento la bomba, abriendo lentamente la válvula de salida de la misma.Abrir un poco la válvula N° 11, con lo cual el agua sube por el tubo rebosadero N° 10 hasta el depósito de reserva N° 9, llenando enseguida el tubo N° 3.A
brir un poco la válvula de salida N° 1, regulando un flujo tal que se mantenga un nivel constante en el depósito N° 9, manipulando también la válvula N° 11. No debe permitirse que se llene completamente el depósito, ni que se suspenda el flujo hacia la pieza de salida N° 5.
Medir con la jarra aforada el mayor volumen de agua que pueda medirse con precisión, tomando el tiempo con el cronómetro suministrado, con el fin de determinar el caudal empleado. Anotar en la planilla los datos de volumen y tiempo.
Abrir ligeramente la válvula N° 7, del depósito de tinta, de tal manera que se observe la entrada de la tinta a la corriente de agua en el tubo N° 3.
Si el flujo es laminar, se observará una línea de tinta recta, que no se mezcla con el agua. Cerrar inmediatamente la válvula N° 7, del depósito de tinta. Anotar en la planilla cómo se observa el régimen.
Regular nuevamente un caudal un poco mayor, repitiendo los Pasos 5, 6 y 7.
Deben hacerse varios ensayos cambiando el caudal, de tal manera que se vaya incrementando el Número de Reynolds, observando cuándo se consigue la transición de régimen laminar a régimen turbulento.
Terminado el experimento debe hacerse limpieza al depósito de tinta.

Datos

Cálculos y resultados

Análisis de resultados

Los datos arrojaron que el flujo de transición es realmente un flujo laminar al borde de ser un flujo de transición.
El flujo laminar y el turbulento si corresponden al numero de Reynolds que se hallaron de manera experimental.
El flujo laminar pudo ser claro y lento mientras que el turbulento fue rápido y agitado lo que fue de gran ayuda para distinguir los flujos en el momento experimental.

Conclusiones

El experimento ayudo a verificar la teoría respecto a los flujos laminares y turbulento y de como la velocidad y su agitación alteran su comportamiento.

Anexos