Práctica No.2:

“Numero de Reynolds, Flujo Laminar y Turbulento”

Objetivo

Comprobar los cambios en número de Reynolds al modificar alguna de sus variables.

Identificar los tipos de flujos (laminar y turbulento) mediante la experimentación y

comprobar teóricamente los resultados utilizando el número de Reynolds.

Marco Teórico

Cuando entre dos partículas en movimiento existen gradientes de velocidad, es decir, que

una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que actúan

tangencialmente a las mismas. Las fuerzas de fricción tratan de introducir rotaciones entre

las partículas en movimiento, pero simultáneamente la viscosidad trata de impedir la

rotación. Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes

estados de flujo.

Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es mayor que la de fricción,

las partículas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca energía, el

resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectorias definidas, y

todas las partículas que pasan por un punto en el campo de flujo siguen la misma.

Los fluidos pueden ser líquidos o gases y al movimiento de estos se le llama flujo. Este

flujo involucra las leyes de la física, las propiedades del fluido y características del medio

ambiente o conducto por el cual fluye. Los flujos se pueden clasificar de distintas maneras,

atendiendo al cambio y dirección que sufren las partículas debido al espacio recorrido, al

cambio de velocidad, dirección y posición de las partículas respecto al tiempo. Así un flujo

puede ser laminar o turbulento.

El flujo laminar es aquel en el que el movimiento de las partículas tiene solamente el

sentido y dirección del movimiento principal del fluido. Se puede presentar en un conducto

cerrado (tubería) o un conducto abierto (canal). Este tipo de flujo es típico a velocidades

baja; la velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos.

El flujo turbulento, es aquel fluido en el que las partículas tienen un desplazamiento en

sentidos diferentes al del movimiento principal del fluido. Se pueden representar en el

mismo tipo de conducto referido al régimen laminar. En este tipo de flujo, al moverse las

partículas con un movimiento errático tienen como consecuencia el que se presenten

colisiones entre ellas, y esto genera cambios en la cantidad de movimiento, que se

manifiestan como perdida de energía.

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de

un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de

dinámica de fluidos. Dicho numero o combinación adimensional aparece en muchos casos

relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar ( ) o

turbulento ( ). Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular

recta, el número de Reynolds viene dado por:

Dónde:

: Velocidad característica del fluido.

D: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del

sistema.

: Viscosidad cinematica del fluido (

).

Materiales y Reactivos

Materiales para Número de Reynolds:

Vaso de precipitado (1L)

Jeringa (5ml)

Cronómetro

2 Vasos de precipitado (25ml)

Parrilla

Vernier

Reactivos Número de Reynolds:

Agua

Glicerina

Acetona

Material para flujo laminar y turbulento:

Botella (600ml)

Jeringa (5ml)

Manguera

Cronómetro

Probeta (1L)

Vernier

Reactivos flujo laminar y turbulento:

Agua

Tinta

Procedimiento

Número de Reynolds:

- Con la parrilla se pone a calentar agua en un vaso de precipitado de 1L.

- Cuando llega a la temperatura deseada, se toma agua con la jeringa.

- Se toma el tiempo con que todo el líquido sale de la jeringa.

- Se repiten los mismos pasos para los otros reactivos, pero sin calentarlos.

- Se toman las medidas correspondientes con el vernier.

Flujo laminar y turbulento:

Intento 1:

- Se cortó la base de la botella.

- Se une un extremo de la manguera a la boca de la botella.

- El otro extremo de la manguera se deja libre, debajo se encuentra una

probeta.

- Con la jeringa se toma la tinta o azul de metilo.

- Por la base de la botella, se le agrega agua.

- Se inyecta la tinta a través de la manguera.

- Se toma el tiempo en que tarda en llenar 100ml.

- Con el vernier, se toma el diámetro de la manguera.

Intento 2:

- Se agrega agua en el vaso de precipitado.

- Se toma tinta con la jeringa.

- Con el cronometro, se toma el tiempo en el que se agregan los 5ml de tinta.

- Con el vernier, se toman las medidas correspondientes.

Cálculos y Resultados

Número de Reynolds:

Datos:

El tiempo promedio esta dado en cada caso.

⁄

⁄

⁄

⁄

[ ]

[ ]

Agua a 82°C

Tiempo (segundos)

Tiempo

promedio (seg.)

7.93 6.85 7.41 7.69 7.47

Agua a 25°C

Tiempo (segundos)

Tiempo

promedio (seg.)

6.82 6.11 7.42 7.02 6.84

Glicerina a 27°C

Tiempo (segundos)

Tiempo

promedio (seg.)

5.27 4.49 4.64 4.84 4.81

Sustituyendo velocidad:

Sustituyendo área:

Acetona a 26°C

Tiempo (segundos)

Tiempo

promedio (seg.)

5.06 5.27 5.83 5.29 5.36

Según los datos de líquido y el tiempo, se obtuvieron los siguientes resultados:

Para agua a 82°C:

( )

( )( ⁄ )( )

Para agua a 25°C

( )

( )( ⁄ )( )

Para Glicerina a 27°C

( )

( )( ⁄ )( )

Para Acetona a 26°C

( )

( )( ⁄ )( )

Flujo Laminar y Turbulento:

Intento 1:

Datos:

⁄

[ ]

( )

⁄

⁄

( ⁄ )( )

( )( ⁄ )

( ⁄ )( )

( )( ⁄ )

Cálculos:

Intento 1

Temperatura 26°C

Tiempo

(seg)

Volumen

(ml)

Volumen

( )

156.45 100

8.88 100

Por lo tanto, será de un flujo laminar, el cual se puede apreciar en la figura. Mientras

que sera un flujo turbulento.

Intento 2:

Para obtener los diametros con los que se estaba trabajando se utilizo el teorema de

Tales, donde se tomo una fotografía a la jeringa que se encontraba al lado de una

moneda de $10.00mn. Despues, con un vernier, se tomó el diametro real de la

moneda, asi como los diametros en las fotografias.

Datos:

⁄

Cálculos:

Por teorema de Tales:

Despejando:

( )( )

Sustituyendo valores:

( )( )

Intento 2

Temperatura 26°C

Tiempo

(segundos)

Volumen

(ml)

Volumen

( )

1.7 5

22.19 5

( )

⁄

⁄

⁄ Sustituyendo valores en:

( ⁄ )( )

⁄

Flujo Turbulento

⁄

⁄

⁄ Sustituyendo valores en:

( ⁄ )( )

⁄

Flujo Laminar

Conclusión

En la primera parte de la práctica, se pudieron observar los cambios al modificar una o dos

variables, en este caso, la viscosidad y el tiempo. Es notorio, que entre más viscoso sea el

líquido a utilizar, más grande tiene que ser la velocidad o diámetro por donde este fluyendo,

para obtener un número de Reynolds alto. Mientras más baja viscosidad tenga el líquido,

más fácil obtendrá un flujo turbulento.

En la segunda parte de la práctica, pudimos comprobar la teoría ya vista por medio de la

experimentación, es decir, que se pudo observar las diferencias entre un flujo laminar y uno

turbulento. En el flujo laminar, la tinta se podía ver como un hilo a través de la manguera o

el recipiente; por el contrario, al tener un flujo turbulento la tinta se difundía por el líquido

más rápidamente.

En el primer intento, se obtuvo un flujo en transición, que quiere decir que ya no es

laminar, pero sigue teniendo un poco de uniformidad, por lo que no es turbulento.

Referencias

Bird, R. B., Stewart, W. E., & Lightfoot, E. N. (1982). Fenómenos de transporte.

España: EDITORIAL REVERTÉ.