Reynolds

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VISUALIZACIÒN DE FLUJO LAMINAR Y FLUJO TURBULENTO
APARATO DE OSBORNE REYNOLDS

INTRODUCCION

La investigación científica de Osborne Reynolds cubrió un amplio abanico de fenómenos físicos y de ingeniería, y estableció los fundamentos de muchos trabajos posteriores sobre flujos turbulentos, modelización hidráulica, transferencia de calor y fricción. Sus estudios sobre el origen de laturbulencia constituyen un clásico en la Mecánica de Fluidos, como se deduce a partir del uso general hoy en día de términos tales como número de Reynolds, tensiones de Reynolds y ecuaciones de Reynolds.

Entre sus mayores logros figuran sus ensayos de visualización de los flujos laminar y turbulento en conductos, y su análisis sobre los parámetros de dependencia de la transición a régimen turbulento.Para visualizar las características de los flujos laminar y turbulento, Reynolds empleó un colorante inyectado en una corriente de agua en ese dispositivo, el agua se introduce en el conducto horizontal a través de una boquilla o embudo, con el objeto de facilitar una circulación del agua muy regular en la zona de la boquilla se encuentra el inyector de colorante, alimentado desde un pequeñodepósito exterior a través de una manguera.


Figura1. Dispositivo experimental

OBJETIVOS

General

• El objetivo de esta práctica es observar las características de los regímenes de flujo laminar y turbulento en un conducto, así como la transición entre ambos, reproduciendo el experimento original de Osborne Reynolds.

Específicos

• Calcular el parámetro llamado número deReynolds y entender su uso y utilidad.
• Conocer cualitativamente la diferencia entre flujo laminar y turbulento.
• Apreciar visualmente la distribución de la velocidad a través del flujo.

DESCRIPCION

El dispositivo experimental consta de dos depósitos de cristal, de los cuales el más pequeño está contenido en el mayor. El depósito grande contiene agua que inicialmente debe estar en reposo paraevitar la introducción de turbulencia en el flujo.

El depósito pequeño contiene un colorante fuerte (permanganato potásico en este caso) que se inyecta en el depósito lleno de agua mediante un tubo terminado en una boquilla, un tubo vertical de vidrio permite la visualización del hilo de colorante.

En la parte inferior del dispositivo existe una válvula que permite regular el caudal de flujoque circula por la instalación, es decir, permite establece una u otra velocidad de salida del agua. Dependiendo de la velocidad de circulación del agua, el hilo de colorante se observará con mayor o menor nitidez. Cuando la velocidad del agua sea muy baja, el hilo de colorante será perfectamente nítido, hecho indicativo de que se está en un régimen de flujo laminar, como se observa en la Figura2(a). Si la velocidad del agua aumenta, comienza a perderse la nitidez del hilo de colorante (régimen de flujo de transición), como se observa en la Figura 2(b). Finalmente, cuando se continúan aumentando las velocidades de circulación del agua, llega un momento en que el hilo de colorante se rompe completamente, alcanzándose entonces el régimen de flujo turbulento, como se observa en la Figura2(c).

Figura 2. Detalle de las distintas formas del hilo de colorante en el tubo de visualización del flujo.

En el dispositivo experimental, el caudal se determina mediante un método volumétrico, es decir, se dispone de un recipiente calibrado en volumen, de modo que la medida mediante un cronómetro del tiempo que se tarda en alcanzar un determinado volumen de agua, proporciona el caudal(volumen / tiempo). Conocido el caudal, ya se puede determinar la velocidad del agua que circula por la instalación teniendo en cuenta que el diámetro del tubo de vidrio para visualización del flujo es de 13,6 mm.

DATOS Y ANALISIS RESULTADOS

Flujo laminar Flujo de transición Flujo turbulento
T(s) Vol(ml) (m3) T(s) Vol(ml) (m3) T (s) Vol(ml) (m3)
70 205.54 2.05x10-4 40 585.36 5.85x10-4 10...
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