DIAGRAMA Y DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO MATERIALES Y SUSTANCIAS

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Se dice que una corriente es uniforme si la forma y el tamaño de su sección transversal son iguales a lo largo del canal. La temperatura o velocidad es uniforme a lo largo de una región cuando tiene el mismo valor en todas sus partes en un instante dado.

Un número de Reynolds es cualquiera de varias cantidades adimensionales de la forma LVρ/ que son proporcionales a la razón de la fuerza inercial a la fuerza viscosa en un sistema de flujo. En este caso, LVρ/μ = una dimensión lineal característica del canal de flujo, V = velocidad lineal, ρ = densidad del fluido, μ = viscosidad del fluido.

El número crítico de Reynolds corresponde a la transición del flujo turbulento a laminar, conforme se reduce la velocidad. Su valor depende de la geometría del canal y está dentro del intervalo de 2000 a 4000 para tuberías circulares.

La línea aerodinámica se define como aquella que queda en la dirección del flujo en cada uno de los puntos en un instante dado. El flujo laminar se define como aquel en el que las líneas se mantienen bien definidas unas de otras en toda su longitud. Las líneas aerodinámicas no deben ser rectas necesariamente, ni el flujo constante, siempre y cuando se satisfaga el criterio antes citado. Este tipo de movimiento se conoce también con los nombres de flujo aerodinámico o viscoso. Este el tipo de fluido que existe a velocidades más bajas que la crítica, es decir donde los fluidos tienden a moverse sin mezcla lateral, y las capas contiguas se deslizan unas sobre otras, en línea recta; la cantidad de movimiento se origina de forma uniforme a lo largo del flujo y alcanzando una velocidad máxima en el eje de la tubería, disminuyendo progresivamente hasta anularse en las paredes de la tubería; la transferencia a las paredes se lleva a cabo por medio del transporte molecular.

Si el número de Reynolds de un sistema excede al número crítico de Reynolds, casi siempre sucede que el movimiento no es laminar en toda la longitud del canal, sino que se generan turbulencias en la zona inicial de inestabilidad, que se extienden rápidamente por todo el fluido produciendo con ello una perturbación en el patrón general de flujo. El resultado es una turbulencia del fluido superpuesta al movimiento primario de traslación, generando lo que se conoce como flujo turbulento. Consiste en un conjunto de torbellinos de diferentes tamaños que coexisten en la corriente de fluido. Este ocurre cuando las velocidades son mayores que la crítica; en forma continua se van formando grandes torbellinos que al romperse va a formar otros más pequeños lo que origina que el movimiento de las partículas sea al azar. La turbulencia puede originarse en tuberías de forma general, ya sea por el contacto de la corriente de fluido con límites sólidos o bien por el contacto entre dos capas de fluido que se mueven con diferentes velocidades. El primer tipo de turbulencia se denomina turbulencia de pared y el segundo turbulencia libre.

El flujo turbulento se caracteriza por la presencia de tres regiones:

La Subcapa Laminar: En la que se utiliza la ley de Newton de la viscosidad para describir el flujo. Para la subcapa laminar v+ = y+ donde y+ + = v / v* = velocidad adimensional y y+ = (y v ρ) / μ = longitud adimensional. Ver los Anexos para más información sobre la notación v+ y y+.

La Zona de Transición: En la que los efectos laminar y turbulento son igualmente importante. Para la Zona de Transición v+ = 5 ln y+ - 3.05 5 +

La Región de Turbulencia Totalmente Desarrollada: En la que los efectos estrictamente laminares son despreciables. Para La Zona Turbulenta v+ = 2.5 ln y+ + 5.5 30 +.

EL ENSAYO REALIZADO POR REYNOLDS

La diferencia entre los flujos Laminar y Turbulento fue inicialmente demostrada por Osborne Reynolds en el año 1883. El equipo utilizado para demostrar esta diferencia, está formado por un tubo de vidrio por el cual se hace pasar un fluido (agua) y luego se le inyecta un colorante (KMnO4) por el centro de dicho tubo.

Reynolds encontró, que para bajas velocidades de flujo, el chorro de agua coloreada circula inalterado a lo largo de la corriente principal, sin que se produjese mezcla lateral. El comportamiento de la vena coloreada mostraba claramente que el agua circula según líneas rectas paralelas. Al aumentar la velocidad del flujo se alcanza cierta velocidad crítica para la cual se difuminaba la vena coloreada y el color se distribuye uniformemente a través de toda la sección de la corriente de agua, poniendo de manifiesto que esta se desplaza al azar, dando lugar a corrientes transversales y remolinos.

Reynolds estudió las condiciones para la que se produce el cambio de un tipo de movimiento a otro y encontró que la velocidad crítica, para la que el flujo pasa de Laminar a Turbulento, depende de cuatro variables, las cuales son:

Diámetro del tubo (D), la viscosidad (μ), la densidad (ρ) y la velocidad media del líquido y se definió El Número de Reynolds (NRe) como la relación de las fuerzas de inercia entre las fuerzas viscosas.

[pic 3]

Para tubos circulares, donde ν es la viscosidad cinemática.

Cuando no se tienen conductos circulares el número de Reynolds es :

[pic 4]

El valor de Reynolds es independiente de las unidades utilizadas, con tal de que sean consistentes. Para números de Reynolds inferiores a 2100, se encuentra siempre flujo laminar; pero éste puede persistir hasta NRe de varios millares para condiciones especiales de entrada del tubo bien acampanada y el líquido completamente en reposo. Entre 2100 y 4000, existe la región de transición y para Reynolds mayores de 4000 el flujo es turbulento(3).

Para fluidos isotérmicos en los cuales el diámetro de la tubería permanece constante, si se varía el caudal se experimentará un cambio en el régimen del fluido, de tal manera que para valores altos de caudal tendremos un flujo que tenderá a la turbulencia, en cambio para valores menores, el flujo adoptará un régimen laminar. Por otro lado, si el caudal permanece constante, las condiciones del fluido varían de acuerdo al diámetro de la tubería, esto es, al aumentar el diámetro de la tubería el flujo tiende a laminar, por el contrario, si disminuye el diámetro el flujo tenderá a turbulento.

A bajas velocidades de flujo la caída de presión en el fluido es directamente proporcional a la velocidad del fluido, mientras que a velocidades elevadas dicha caída de presión