Numero de Reynolds

Fenómenos de Transporte

Temas Selectos de Operaciones Unitarias

EL TIPOS DE FLUJO Y EL NÚMERO DE REYNOLDS
Los principios de la estática de fluidos, estudiados en la sección anterior son casi una ciencia exacta. Por otra parte, los
principios del movimiento de los fluidos son bastante complicados. Empezaremos Conociendo los tipos de flujo.

Flujo laminar y flujo turbulento
El tipo deflujo que se presenta en el desplazamiento de un fluido por un canal es muy importante en los problemas de dinámica
de fluidos. Cuando los fluidos se mueven por un canal cerrado de cualquier área de corte transversal, se puede presentar
cualquiera de dos tipos diferentes de flujo, dependiendo de las condiciones existentes. Estos dos tipos de flujo pueden verse con
frecuencia en un río o encualquier corriente abierta. Cuando la velocidad del flujo es baja, su desplazamiento es uniforme y
terso. Sin embargo, cuando la velocidad es bastante alta, se observa una corriente inestable en la que se forman remolinos o
pequeños paquetes de partículas de fluido que se mueven en todas direcciones y con gran diversidad de ángulos con respecto a
la dirección normal del flujo. El primer tipo deflujo a velocidades bajas, donde las capas de fluido parecen desplazarse unas
sobre otras sin remolinos o turbulencias, se llama flujo luminar y obedece la ley de viscosidad de Newton. El segundo tipo de
flujo a velocidades más altas, donde se forman remolinos que imparten al fluido una naturaleza fluctuante, se llama flujo
turbulento.
La existencia de flujo laminar y turbulento puede visualizarsecon facilidad por medio de los experimentos de Reynolds, que se
muestran en la figura 1. Se hace fluir agua de manera uniforme a través de una tubería transparente, controlando la velocidad
por medio de una válvula situada al final del tubo. Se introduce una corriente muy fina y uniforme de agua con un colorante, a
través de una boquilla de inyección, para observar su flujo. Cuando lavelocidad de flujo del agua es baja, la coloración es
regular y forma una sola línea, esto es, una corriente similar a un hilo, tal como lo muestra la figura la. En este caso no hay
mezclado lateral del fluido y éste se desplaza en una línea recta por el tubo. Al colocar varios inyectores en otros puntos de la
tubería se demuestra que no hay mezclado en ninguna parte del mismo y que el fluido fluye enlíneas rectas paralelas, A este
tipo de flujo se le llama laminar o viscoso.
Al aumentar la velocidad, se ve que al llegar a cierto límite, la línea
de colorante se dispersa y su movimiento se vuelve errático, tal
como lo muestra la figura lb. A este tipo de flujo se le llama
turbulento. La velocidad a la que se presenta el cambio de tipo de
flujo se llama velocidad crítica.

El número deReynolds
Con diversos estudios se ha podido demostrar que la transición del
flujo laminar al turbulento en tuberías no está sólo en una función de
la velocidad, sino también de la densidad, la viscosidad del fluido y
del diámetro del tubo. Estas variables se combinan en la expresión
del número de Reynolds, que es adimensional:
donde Re es el número de Reynolds, d es el diámetro en m, ρ es ladensidad del fluido en kg/m3, µ es la viscosidad del fluido en Pa . s y
Figura 1
v es la velocidad promedio del fluido en m/s (definiendo la velocidad
promedio como la velocidad volumétrica del flujo dividida entre el
área de corte transversal de la tubería). Las unidades en el sistema
cgs son cm para d, g/cm3 para ρ, g/cm s para µ y cm/s para v. En el
sistema inglés, d se da en ft, ρ enlb/ft3, µ en lb/pie s y v en ft / s.
La inestabilidad del flujo que conduce a un régimen perturbado o turbulento está determinada por la relación de las fuerzas de
inercia o cinéticas y las fuerzas viscosas de la corriente fluida. Las fuerzas inerciales son proporcionales a ρv2 y las viscosas a
µv/d, y la relación ρv2 (µv/d) es el número de Reynolds dvρ/µ. Cuando el número de Reynolds es menor...