EXPERIENCIA DE REYNOLDS

Vídeo con el desarrollo de la práctica

Objetivo

Comprobar visualmente la experiencia realizada por Reynolds para determinar el tipo de régimen de un fluido.

Fundamento teórico

El número de Reynolds es un parámetro adimensional que caracteriza el régimen de un flujo. Establece una relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas del fluido, a partir de la siguiente expresión:

\(Re=\frac{v·D}{ν}\)

Donde,

v: velocidad del flujo (m/s)
D: diámetro de la tubería (m)
ν: viscosidad cinemática (m²/s)

\(μ=ν·ρ\)

Donde,

μ: viscosidad dinámica (kg/m*s) (SI)
p: densidad fluido (kg/m³) (SI)

Tipos de regímenes:

Los regímenes principales de flujo son: laminar y turbulento (liso o rugoso).

Re<2000 – Régimen laminar (fuerzas viscosas>fuerzas de inercia).
2000<Re<4000 – Régimen de transición.
Re>4000 – Régimen turbulento (fuerzas viscosas<fuerzas de inercia).

Materiales

• Dispositivo de Reynolds.
• Vaso de precipitados.
• Cronómetro.
• Balanza de laboratorio.

Datos

• Diámetro: 10 mm.
• Densidad del agua (ρ): 1000 kg/m³ (SI).
• Viscosidad cinemática (ν): 1,03*10^-6  m²/s.
• Viscosidad dinámica (μ): 10,20*10^-5 kp*s/m² (ST).

Desarrollo

Se carga el depósito central de agua con caudal constante y a su vez, el tubo central de vidrio calibrado, donde se visualizarán los distintos tipos de regímenes de flujo.
Para que el nivel de agua se mantenga constante, debe sobrepasar el aliviadero.

Se inyecta el colorante, regulando la cantidad con ayuda de la válvula. Este circula por un tubo conductor hasta llegar al tubo central de vidrio.

A continuación, se regula el caudal con la válvula, para visualizar los tres tipos de regímenes.

• Se regula el caudal para que sea bajo (velocidad de flujo baja). Se observa que el colorante se comporta como un hilo prácticamente recto y de color nítido. El fluido se encuentra en régimen laminar.
• Se aumenta de forma gradual el caudal. Se observa que el hilo de colorante fluctúa. El fluido se encuentra en régimen de transición.
• Se aumenta considerablemente el caudal. No puede observarse el hilo de colorante. El fluido se encuentra en régimen turbulento.

Finalmente, se comparan estos resultados experimentales con los teóricos, es decir, los obtenidos a partir del cálculo de la expresión de Reynolds.

Para obtenerlos, es necesario conocer la velocidad del caudal saliente. Se procede de la siguiente forma:

• • Con el vaso de precipitados se recoge el máximo volumen de agua posible, y se cronometra el tiempo empleado.
  • Habiendo tarado previamente la báscula, se pesa dicho vaso de precipitados. Se obtiene el volumen de agua.
  • Una vez obtenido el volumen y conocido el tiempo, se calculan el caudal y su respectiva velocidad.

\(Q=\frac{V}{t}\)

Donde,
Q: caudal (m³/s)
V: volumen (m³)
t: tiempo (s)

\(Q = v·S\)

v: velocidad (m/s)
S: sección (m²)

Sustituir con el valor de la velocidad en la expresión de Reynolds.

Este procedimiento se llevará a cabo para cada régimen de flujo.

Resultados

1. Determinar la velocidad máxima a la que debe circular el fluido para que el régimen sea laminar.

2. Determinar la relación entre la velocidad y el número de Reynolds para el tipo de régimen laminar referida a la práctica realizada.

3. Documentar teóricamente el ejercicio realizado.

Vídeo con el desarrollo de la práctica