Practicas De Manofactura

TURBULENCIA
Desde hace mucho tiempo se sabe que un fluido puede circular por una tubería u otra conducción de dos formas diferentes. 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 aumenta mucho más rápidamente y, de forma aproximada, es proporcional al cuadrado de lavelocidad. La distinción entre estos dos tipos de flujo fue inicialmente demostrada en un experimento clásico realizado por Osborne Reynolds en 1883. Sumergió un tubo horizontal de vidrio en un tanque de vidrio lleno de agua; el flujo de agua a través del tubo se podía controlar mediante una válvula. La entrada del tubo estaba acampanada y, mediante un dispositivo adecuado, se introducía un finofilamento de agua coloreada en la corriente de entrada del tubo. Reynolds encontró que, para bajas velocidades de flujo, el chorro de agua coloreada circulaba 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 circulaba según líneas rectas paralelas y que el flujo era laminar. Al aumentar lavelocidad del flujo se alcanzaba una cierta velocidad crítica, para la cual se difumina la vena coloreada y el color se distribuye uniformemente a través de toda la sección de la corriente de agua. Este hecho pone de manifiesto que el agua ya no circula con movimiento laminar, sino que se desplaza al azar, dando lugar a corrientes transversales y remolinos. Este tipo de movimiento corresponde alflujo turbulento. Número de Reynolds y transición entre flujo laminar y turbulento. Reynolds estudió las condiciones para las 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: el diámetro del tubo, la viscosidad, la densidad y la velocidad lineal media del líquido. Además,encontró que estos cuatro factores pueden combinarse formando un grupo y que el cambio del tipo de flujo ocurre para un valor definido del mismo. La citada agrupación de variables era:

La agrupación adimensional de variables definidas por la Ecuación (3.8) recibe el nombre de número de Reynolds, NRe, y es uno de los grupos adimensionales que se relacionan en el Apéndice 5. Su valor es independientede las unidades utilizadas con tal de que sean consistentes. Observaciones adicionales han puesto de manifiesto que la transición de flujo laminar a turbulento ocurre en realidad para un amplio intervalo de números de Reynolds. Para números de Reynolds inferiores a 2100 se encuentra siempre flujo laminar, pero éste puede persistir hasta números de Reynolds de varios millares para condicionesespeciales de entrada del tubo bien acampanada y líquido completamente en reposo en el tanque. En condiciones ordinarias de flujo, el flujo es turbulento para números de Reynolds superiores a aproximadamente 4000. Entre 2100 y 4OOO existe una región de transición, donde el tipo de flujo puede ser tanto laminar como turbulento, dependiendo de las condiciones de entrada del tubo y de la distancia a dichaentrada.

Número de Reynolds para fluidos no newtonianos. Puesto que los fluidos no newtonianos no tienen un único valor de la viscosidad independiente del esfuerzo cortante, no puede utilizarse la Ecuación (3.8) para el número de Reynolds. La definición del número de Reynolds para tales fluidos es algo arbitraria; una definición ampliamente utilizada para fluidos de la ley de la potencia es:La base de esta definición, un tanto complicada, se trata en la página 1011. Para el número de Reynolds crítico, correspondiente a la transición a flujo turbulento, se ha propuesto la siguiente ecuación3:

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Operaciones Unitarias en la Ingeniería Química, McCabe, Warren

La Ecuación (3.10) está de acuerdo con las observaciones de que la iniciación de la turbulencia ocurre para números...