Experimento de reynolds

1 El experimento de Reynolds
El ingeniero alemán Gotthilf Hagen (1797-1884) fue quien primero realizó experimentos con flujo interno, utilizando agua con aserrín en una tubería de latón y reportando que el comportamiento del fluido a la salida de la tubería dependía de su diámetro y de la velocidad y temperatura del fluido.

Posteriormente, el profesor británico de ingeniería Osborne Reynolds(1842-1912), luego de terminar su estudio de flujo en medio poroso, realizó experimentos en un montaje especial (Figura 1) para estudiar más a fondo lo encontrado por Hagen para varias temperaturas y diámetros. Fue así como en 1883, reportó la existencia de regímenes de flujo y los clasificó de acuerdo a un parámetro que pudo deducir y que ahora lleva su nombre: el Número de Reynolds.


Figura1. Montaje experimental de Reynolds

El montaje consistía en un tanque de agua con una tubería de vidrio dentro de la cual inyectó por sifón una fina corriente de tinta, regulando el flujo con una válvula que abría con una palanca larga.

2.2 El número de Reynolds
El número de Reynolds (Re) es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos detransporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Este número recibe su nombre en honor de Osborne Reynolds, quien lo describió en 1883.
El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación adimensional aparece en muchos casosrelacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande). Desde un punto de vista matemático el número de Reynolds de un problema o situación concreta se define por medio de la siguiente fórmula:
Re=ρVL/μ=VD/v (Ecuacion 1)
Donde:
Re = Número de Reynolds
V = Velocidad media del flujo [m/s]
L = Longitudcaracterística [m]
D = Diámetro de la tubería [m]
µ = Viscosidad dinámica [N.s/m2]
ρ = Densidad del fluido [Kg/m3]
v = Viscosidad cinemática [m2/s]

El Número de Reynolds es de gran importancia en el estudio del flujo en tuberías de cualquier sección transversal, así como para el análisis de flujos con proximidades a una superficie sólida que puedan tener superficie libre, sólo seleccionandouna longitud característica apropiada según el caso.

2.3 Regímenes de flujo:
La magnitud del Número de Reynolds para cada régimen varía de acuerdo a distintas condiciones, aunque para propósitos de ingeniería (ya sea diseño o análisis) se aceptan los siguientes valores:

Flujo laminar, Re < 2000
Flujo de transición, 2000 < Re < 4000
Flujo turbulento, Re > 4000
Para valores de (Re,número de Reynolds) el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas, donde existe un predominio de las fuerzas viscosas tangenciales sobre las fuerzas de inercia del campo de flujo. Por eso a este flujo se le llama flujo laminar (imagen 2.a). La tinta introducida en el flujo se mueve siguiendo una delgada línea paralela a las paredes del tubo.
Paravalores de la línea de la tinta pierde estabilidad debido a la aceleración del flujo, formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina de transición(imagen 2.b). Reynolds encontró que el Flujo de transición se encontraba dentro de un rango: al incrementar la velocidad, el Flujo laminar desaparecía después de una velocidad críticahasta describir un comportamiento turbulento y al disminuir la velocidad gradualmente, el flujo volvía a ser laminar pero a otra velocidad crítica menor que la primera.
Para valores de , después de un pequeño tramo inicial con oscilaciones variables, la tinta tiende a difundirse en todo el flujo. Este régimen es llamado turbulento (imagen 2.c), es caracterizado por un movimiento desordenado, no...