Flujo laminar

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FLUJO LAMINAR Y FLUJO TURBULENTO

Cuando un fluido circula por una tubería lo puede hacer en flujo Laminar o en régimen turbulento. La diferencia entre estos dos regímenes se encuentra en el comportamiento de las partículas fluidas, que a su vez depende del balance entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas o de rozamiento. Como se verá posteriormente, el número de Reynolds esel parámetro que expresa la relación entre las fuerzas de inercia y las viscosas en el interior de una corriente, por lo que el régimen hidráulico va a depender de su valor.

FLUJO LAMINAR: las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de trayectorias uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido, dirección y magnitud. En tuberías de sección circular, si hacemos un cortetransversal, las capas de igual velocidad se disponen de forma concéntrica, junto a las paredes de la tubería y velocidad máxima en el centro. El Flujo laminar corresponde a bajos valores del número de Reynolds y 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 partículasen contacto con la pared han de tener forzosamente velocidad nula.
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El paso de flujo laminar a turbulento no se produce de manera instantánea. Cuando se trabaja en flujo laminar, a velocidades bajas, y se fuerza al fluido para que adquiera mayor velocidad, comienzan a aparecer ondulaciones (flujo crítico), y de persistir este aumento llevará al fluido a alcanzar el flujoturbulento. Así, un filete de colorante inyectado en una corriente laminar sigue una trayectoria bien definida. Si aumentamos la velocidad, el filete comenzará a difundirse hasta terminar coloreando toda la corriente (flujo turbulento). En el movimiento de un fluido a través de una conducción se comprueba, dependiendo de la viscosidad del fluido y del diámetro del tubo, que en cada caso existe unavelocidad crítica por debajo de la cual el régimen laminar es estable. Para velocidades superiores a la velocidad crítica este régimen es inestable y pasa a turbulento ante cualquier vibración.

Dentro del régimen turbulento se pueden encontrar tres zonas diferentes:

FLUJO TURBULENTO LISO: las pérdidas que se producen no dependen de la rugosidad interior del tubo. Se presenta para valores delnúmero de Reynolds bajos por encima de 4000.

FLUJO TURBULENTO DE TRANSICIÓN: las pérdidas dependen de la rugosidad del material del tubo y de las fuerzas de viscosidad. Se da para números de
Reynolds altos, y depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa.

FLUJO TURBULENTO RUGOSO: Las pérdidas de carga son independientes del número de Reynolds y dependen sólo de la rugosidad delmaterial. Se da para valores muy elevados del número de Reynolds.

NÚMERO DE REYNOLDS

Osborne Reynolds (1842–1912) publicó en 1883 su clásico experimento mediante el que estableció que el paso de flujo laminar a turbulento, que varía al modificar la velocidad y/o la viscosidad, quedaba condicionado a un valor de la agrupación adimensional [pic] hoy llamado Número de Reynolds (Re).El número crítico de Reynolds (Re), es decir, el valor de Re que marcaría el paso del flujo laminar al turbulento, para tuberías vale 2300. Para encontrar significado a su número, Reynolds comprobó experimentalmente el paso del flujo laminar al turbulento cuando Re= 2300 al aumentar la velocidad. No obstante, en condiciones de laboratorio, Reynolds obtuvo el valor Re =12000 antes de que...
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