Experimento De Reynolds

4. VISUALIZACIÓN DE FLUJOS LAMINAR Y TURBULENTO

47

Práctica nº 4 :

VISUALIZACIÓN DE FLUJOS LAMINAR Y
TURBULENTO

4.1. INTRODUCCIÓN
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, y estudiando el efecto de
losparámetros de dependencia.

4.1.1. Experimento de Osborne Reynolds.
Osborne Reynolds, cuyo retrato aparece en la Figura 1, nació en Belfast (Gran
Bretaña) en 1842. En su etapa más temprana, su educación estuvo a cargo de su padre,
quien además de ser un excelente matemático, estaba interesado en la Mecánica.
Osborne Reynolds demostró pronto sus aptitudes para la Mecánica y a la edad de 19
añoscomenzó a trabajar con Edward Hayes, un conocido inventor e ingeniero
mecánico. Al cabo de un año decidió ingresar en Cambridge, donde se graduó con
honores en 1867 y fue inmediatamente elegido miembro del Queens’ College. En 1868
consiguió ser admitido en lo que posteriormente se convertiría en la Universidad
Victoria de Manchester, donde permaneció como profesor hasta 1905. Falleció en 1912a la edad de 69 años.

48

PRÁCTICAS DE MECÁNICA DE FLUIDOS

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 la turbulencia constituyen un clásicoen 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.

Figura 1. Retrato de Osborne Reynolds en 1904.

Figura 2. Fotografía del Tanque de Reynolds.

4. VISUALIZACIÓN DE FLUJOS LAMINAR Y TURBULENTO

49

Entre sus mayores logros figuran sus ensayos de visualización de losflujos
laminar y turbulento en conductos, y su análisis sobre los parámetros de dependencia
de la transición a régimen turbulento, los cuales fueron publicados por vez primera en
1883, en una revista científica. La fotografía de la Figura 2 y el esquema de la Figura 3
muestran el tanque en que Reynolds llevó a cabo sus ensayos, el cual se conserva en la
actualidad en la Universidad deManchester, aún en estado operativo.

Figura 3. Esquema del Tanque de Reynolds.

Para visualizar las características de los flujos laminar y turbulento, Reynolds
empleó un colorante inyectado en una corriente de agua. Según muestra la instalación
de la Figura 3, del interior del tanque de Reynolds (que está elevado respecto al suelo),
parte un conducto transparente horizontal que, ya fuera deltanque, va conectado a una
tubería descendente de desagüe. Debido al desnivel entre la superficie libre del tanque
y el desagüe, por esta conducción circula agua. Al final de la tubería hay una válvula de
regulación para controlar el caudal de agua desalojado (es decir, la velocidad de la
corriente).

50

PRÁCTICAS DE MECÁNICA DE FLUIDOS

En ese dispositivo, el agua se introduce en elconducto 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
pequeño depósito exterior a través de una manguera.

Figura 4. Fotografías de los diferentes regímenes de flujo observados en
el Tanque de Reynolds

Para el tipo de movimiento correspondiente aflujo por un conducto de sección
circular, se puede obtener una solución analítica suponiendo flujo estacionario, simetría
axial e imponiendo equilibrio entre las fuerzas de presión y las fuerzas viscosas. La

4. VISUALIZACIÓN DE FLUJOS LAMINAR Y TURBULENTO

51

solución así obtenida, que refleja una distribución de velocidad de tipo parabólico
respecto a la posición radial, es la...