visualizacion de flujo laminar

VISUALIZACIÓN DE LOS FLUJOS LAMINAR Y TURBULENTO
INTRODUCCIÓN
La existencia de dos tipos de flujos es un fenómeno universalmente aceptado. El humo de un cigarrillo en los primeros centímetros, sube en una columna suave y, a continuación, empieza a fluctuar de manera aleatoria en todas direcciones.
El tipo de flujo suave, bien ordenado, ocurre cuando las capas adyacentes de fluido se deslizanen forma suave una sobre otra y el mezclado entre las capas o láminas solo se produce a un nivel molecular. Fue para este tipo de flujo para el que se derivó la relación de Newton para la viscosidad y, para que sea posible medir la viscosidad debe existir flujo laminar.
El segundo régimen de flujo, se caracteriza por fluctuaciones de la velocidad y movimiento intensamente desordenadodenominándose régimen de flujo turbulento.
La transición de flujo laminar a turbulento no ocurre de manera súbita, se lleva a cabo sobre alguna región en la cual el flujo fluctúa entre laminar y turbulento antes de volverse por completo turbulento.

Fig. 1 Régimen de flujos
La existencia del flujo laminar y turbulento, aunque ya se había reconocido antes, fue descrito de manera cuantitativa por OsborneReynolds, quien determinó, en 1883, un parámetro adimensional para el caso de una condición cilíndrica a presión, en la forma mostrada por la Ecuación:

Donde Re es el número de Reynolds (adimensional), v representa la velocidad media del fluido (m s-1), D es el diámetro interno del ducto (m), la densidad del fluido (kg m-3) y su viscosidad (Pa s).
En el experimento utilizó un líquido que sedesplaza por el interior de un tubo de cristal donde el flujo se regula por medio de una válvula; en el interior del tubo se inyecta colorante en un punto por medio de una boquilla para inducir la formación de un filete con el arrastre del fluido. Si el filete coloreado sigue una trayectoria rectilínea y sin disturbio, el flujo observado es laminar, pero si sigue un camino sinuoso y colorea la masalíquida, el flujo observado es turbulento. Reynolds determino que si el valor de Re se ubica entre 0 y 2100 el flujo es laminar, si es mayor a 4000 se refiere a un flujo turbulento y la zona de intermedia, entre 2100 y 4000, constituye una región de transición entre los dos tipos de flujo.

Fig. 2 Experimento de Reynolds (Welty, 2004)

OBJETIVO
Observar los tipos de flujo de fluidos, laminar,transicional y turbulento, así como su relación con el número de Reynolds.
MATERIALES
Aparato de Reynolds.
Probeta graduada.
Recipiente de volumen conocido.
Cronómetro.
Termómetro.
METODOLOGÍA
Preparación del equipo de experimentación
El procedimiento experimental corresponde al propuesto por Martínez-Ávila (1987). El aparato de Reynolds consiste en un tanque elevado de carga constante quealimenta, por medio de una manguera de 1 pulgada de diámetro, un recipiente que tiene acoplado en la parte inferior una tubería de plástico de 2 pulgadas de diámetro exterior y 1.90 m de largo y su descarga es controlada mediante una válvula de compuerta. En la parte superior del recipiente se tiene un frasco con colorante (permanganato de potasio) acoplado a un tubo de diámetro pequeño por dondecircula el colorante; la descarga es controlada mediante una válvula de mariposa. En la parte central del tubo de plástico se coloca el inyector.


Fig. 3 Dispositivo de experimentación para la visualización de los flujos laminar y turbulento (Martínez- Ávila, 1987).
La operación del equipo se conduce mediante el siguiente procedimiento: se abre la válvula de alimentación al recipiente hastadarle un nivel constante; posteriormente se acciona lentamente la llave final de la tubería de descarga hasta que circule agua por ella a una velocidad baja. Inmediatamente después, se abre la llave de inyección de colorante que se aplica al interior del tubo plástico; se debe observar si el colorante forma una línea nítida a través de toda la tubería (flujo laminar), si no sucede esta...