flujo laminar y turbulento

• • • • 8 Número de Reynolds, flujo
laminar y flujo turbulento
8.1 Para calcular la cantidad de energía perdida debido a la fricción en un sistema de OBJETIVOS fluido, es necesario caracterizar la naturaleza del flujo. Un flujo lento y uniforme se conoce como flujo laminar, mientras que un flujo rápido y caótico se conoce como flujo turbulento. Los métodos que se utilizan para calcular lapérdida de energía es diferente para cada tipo de flujo.
El tipo de flujo puede predecirse mediante el cálculo de un número sin di-mensiones, el número de Reynolds, que relaciona las variables más importantes que describen un flujo: velocidad, longitud de la trayectoria del flujo, densidad de fluido y viscosidad.
Después de haber terminado el estudio de este capítulo, usted deberá ser capaz de:
1.Describir la apariencia de un flujo laminar y de uno turbulento.
2. Establecer la relación que se utiliza para calcular el número de Reynolds.
3. Identificar los valores límite del número de Reynolds mediante el cual se pue-de predecir si un flujo es laminar o turbulento.
4. Calcular el número de Reynolds para el flujo de fluidos en conductos y tubos redondos.
5. Definir el término radiohidráulico en la forma en que se aplica a la descrip-ción del tamaño de trayectorias de flujo no circulares.
6. Calcular el número de Reynolds para el flujo en trayectorias no circulares.
7. Describir el perfil de velocidad para flujos laminar y turbulento.
8. Describir la capa frontera laminar en la forma en que se presenta en un flujo turbulento.
8.2 Cuando analizamos un fluido en una corriente deflujo, es importante ser capaces de FLUJO LAMINAR Y determinar el carácter del flujo. En algunas condiciones, el fluido parecerá que fluye FLUJO TURBULENTO en capas, de una manera uniforme y regular. Se puede observar este fenómeno cuan-do se abre un grifo de agua lentamente, hasta que el chorro es uniforme y estable. A este tipo de flujo se le conoce como flujo laminar. Si se abre más el grifo,permitien-do que aumente la velocidad del flujo, se alcanzaría un punto en el que el flujo ya no es uniforme ni regular. El agua del chorro parecerá que se mueve de una manera bastante caótica. Al flujo, entonces, se le conoce como flujo turbulento.
En la figura 8.1 se muestra una forma de visualizar el flujo laminar en un conducto circular. Anillos concéntricos de fluido se trasladan siguiendo unatra-yectoria reqta y uniforme. Hay poca mezcla o ninguna del fluido a través de los "límites" de cada capa, conforme el flujo se desplaza por el conducto. En realidad, sin embargo, el fluido está conformado por un número infinito de capas.
Otra forma de visualizar un flujo laminar se representa en la figura 8.2, en la que se muestra un fluido transparente, como el agua, que fluye en un tubo devidrio
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Capítulo 8 Número de Reynolds, flujo laminar y flujo turbulento
transparente. Una partícula o una corriente de otro fluido inyectado en el flujo se desplazará en una línea recta y no se mezclará con el volumen del fluido. La línea oscura en la figura es un fluido coloreado, que puede ser tinta, que permanece intacto siempre que el flujo permanezca laminar.
El flujo laminartambién se presenta en un flujo de canal abierto, como el que se muestra en la figura 8.3. En un canal abierto, al flujo laminar se le llama flujo tranquilo, un término bastante descriptivo. Un flujo tranquilo sobre un muro aparece como una lámina uniforme de fluido, lo cual se utiliza a menudo en fuen-tes de ornato.
En contraste con el flujo laminar, el flujo turbulento parece caótico y no uniforme, yexiste bastante mezcla del fluido. Una corriente de tinta que fuera introducida en el flujo turbulento, inmediatamente se disiparía en el flujo principal del sistema, como se muestra en la figura 8.4.
8.3 Número de Reynolds
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FIGURA 8.3 Flujo tranquilo (la-minar) sobre un muro.
Efectivamente, una importante razón para crear un flujo turbulento es pro-mover la mezcla en aplicaciones...