Reynolds

Bases de la Ingeniería Química II

Experimento de Reynolds
1. INTRODUCCIÓN.
1.1. Mecanismo de la circulación de fluidos
Un fluido puede circular por una conducción según dos regímenes distintos : laminar y
turbulento. Este hecho fue puesto de manifiesto por Osborne Reynolds, al introducir, mediante
un tubo capilar, un líquido coloreado en el seno de una corriente de agua que circulaba porun
tubo de vidrio, horizontal y de sección constante, y comprobar el diferente comportamiento de la
vena coloreada.
De este experimento se puede deducir que para velocidades de circulación del agua
pequeñas, la vena coloreada que sale del capilar no pierde su identidad, manteniéndose
perfectamente definida y recta a lo largo del eje del tubo. Esto quiere decir que el líquido se
desplaza encapas concéntricas paralelas, no existiendo desplazamiento de porciones
macroscópicas de fluido en sentido radial (régimen laminar).
Al aumentar progresivamente la velocidad del líquido, llega un momento en que la vena
coloreada empieza a ondear, rompiéndose en pequeños trozos y dispersándose radialmente en el
seno del fluido. Este tipo de circulación en el que las porciones macroscópicas defluido se
desplazan en sentido radial, se denomina turbulento.
El módulo adimensional de Reynolds es una medida de la razón entre las fuerzas de
inercia y las de viscosidad en cada punto de un fluido en movimiento:

Re =
donde :

ρV D
μ

(1)

μ = viscosidad del fluido (Pa·s).
D = diámetro interno de la conducción (m).
V = velocidad media del fluido (m/s).
ρ = densidad del fluido(kg/m3).

Su valor numérico es un criterio seguro para definir el régimen de circulación de una
corriente fluida. En efecto, se ha observado que siempre que Re es inferior a un cierto valor
crítico, el régimen de circulación es laminar; en ese intervalo de valores de Re, cualquier
remolino que se produzca en la corriente fluida desaparece rápidamente, porque en esas
condiciones sólo es estableel régimen laminar. El mencionado valor crítico de Re, para
conducciones de sección circular, suele fijarse en 2100.
Para valores de Re comprendidos entre 2100 y 4000, el régimen de circulación es de
transición entre el laminar y el turbulento.
Para valores de Re superiores a 4000 el régimen de circulación ya puede considerarse,
turbulento.

2

1.2. Pérdida de energía mecánica porrozamiento

Siempre que un fluido real circule por una conducción experimenta una pérdida de
energía mecánica, debido al rozamiento y turbulencia, que se transforma en calor y que se
traduce en una caída de presión a lo largo de la conducción.
Para un tramo de conducción recto, de sección constante y horizontal (como el que se
utiliza en esta práctica) al aplicar el balance de energía mecánicaentre sus extremos, para un
fluido incompresible tenemos:

⎡ V22
V1 2 ⎤
P2 − P1
−
g (z 2 − z1 ) + ⎢
⎥ + ∑F +
ρ
⎣ 2 α 2 2 α1 ⎦

∧

=W

∧

si bien por las condiciones de trabajo z2 = z1; V2 = V1; W = 0 con lo que la ecuación queda
reducida a:
P − P2
−ΔP
=1
(2)
ρ
ρ
– ΔP = Pérdida de presión estática que experimenta el fluido a lo largo del tramo de
conducción considerado (Pa).∑F =

donde :

ΣF =

Pérdida de energía por rozamiento y turbulencia por unidad de masa (J/kg).

Este término ΣF, que valora la pérdida irreversible de energía útil por cada kilogramo de
fluido que circula por la conducción, puede calcularse teóricamente, para tramos rectos de
sección constante, según sea el régimen de circulación, mediante las ecuaciones siguientes :
a) Régimenlaminar:

Ecuación de Hagen-Poiseuille

∑ Fteor =
2) Régimen turbulento:

32 μ V L
ρ D2

(3)

Ecuación de Fanning
∑ Fteor =

2 f V2 L
D

(4)

siendo f = factor de fricción, y L = longitud de tramo considerado (m).
El factor de fricción puede calcularse mediante la gráfica de Moody o utilizando la
ecuación de Colebrook. Ahora bien, para tuberias lisas, como las usadas en esta...