- Realizar el cálculo del Número de Reynolds para un flujo y observar el cambio de régimen
- Demostrar el experimento de Osborn Reynolds
- Calcular los Números de Reynolds para flujo laminar como para turbulento
MARCO TEÓRICO
Número de Reynolds (Re): El número de Reynolds de un objeto que se mueve a una determinada velocidad depende de la condición de su superficie. Cuanto más rugosa sea la superficie, mayor será el número de Reynolds. La superficie de bolas utilizadas en algunos deportes son intencionalmente rugosas. Bolas de golf poseen relieves, bolas de tenis poseen aire, etc. Eso aumenta el número de Reynolds, de modo que si tal número puede ser mayor a 100000, aún a pequeñas velocidades, la presión de arrastre puede ser grandemente eliminada, y solamente el arrastre de la viscosidad actúa sobre la bola.
La forma de un objeto puede redireccionar el flujo de aire, produciendo empuje. Objetos simétricos que giran también pueden producir empuje. Aun mismo para un flujo laminar, una fina capa de aire existente cerca del objeto no se mueve en relación al objeto. Una capa fina de aire cerca a una bola que gira, girará junto con la bola. Al paso que la distancia de la bola aumenta, la velocidad del aire cambia, así el flujo de aire alrededor de la bola muestra los patrones conforme el dibujo abajo.
Regiones turbulentas también se pueden formar. Los vórtices detrás de la bola pueden ser desviados una vez que la bola trae el aire para si. Eso nuevamente puede ocasionar una fuerza para arriba.
Por lo que se tiene que:
- Re < 2300 el flujo será laminar
- 2300 < Re < 4000 el flujo estará en transición de laminar a turbulento
- 4000 < Re el flujo será turbulento
PROCEDIMIENTO
- Instalar el modulo HM 150.18 sobre el modulo básico usado en la Práctica I, conectando la manguera de salida de la bomba en tubería de empalme 3 y la manguera de salida del modulo a un desague, esto debido a que el agua tendrá azul de metileno.
- Cerrar la válvula de salida de la bomba, la válvula en el empalme 3 y la válvula 4, y la válvula de salida del modulo
- Cerrar la válvula 1 y llenar el deposito de tinta ubicado en la sección superior 1
- Poner en funcionamiento la bomba, abriendo lentamente la válvula de salida. Abrir la válvula 4, esto debido a que el agua sube por el tubo robasadero 2 hasta el depósito reserva 1, llenando inmediatamente el tubo 5
- Abrir la válvula de salida 4, regulando el flujo tal que se mantenga en un nivel constante en el deposito 1, manipulando bien la válvula 3. No debe permitirse que se llene completamente el deposito ni que se suspenda el flujo hacia la pieza de salida del deposito 1 en forma de cono
- Medir la jarra aforada el mayor volumen de agua que pueda medirse con precisión, tomando el tiempo con el cronómetro, con el fin de determinar el caudal
- Abrir la válvula 1 del deposito de tinta, de tal manera que se observe la entrada de la tinta a la corriente de agua del tubo 5
- Si el flujo es laminar, se observa una línea de tinta recta que no se mezcla con el agua.
- Cerra la válvula 1 del depósito de tinta. Observar el régimen obtenido
- Repetir procedimiento con el fin de obtener diferentes regímenes.
CÁLCULOS
Tabla de datos
Caudal
Velocidad
Número de Reynolds
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Al momento de calcular el Número de Reynolds se pueden hallar 3 posibles casos: que sea laminar, de transición o turbulento. Esto va a depender de 3 varialbles fundamentales: la viscosidad del fluido, su velocidad y el diámetro del tubo. En la práctica realizada se pudo evidenciar que 3 de los 4 flujos que se estudiaron tuvieron en régimen laminar (Tabla de datos); sin embargo se esperaba que 2 flujos fueran turbulentos, por lo que se evidencia un error que puede radicar en una mala observación por parte de los estudiantes al flujo o también un error en el manejo del equipo.
CONCLUSIONES
De acuerdo a la práctica realizada se puede concluir que la dimensión del Número de Reynolds dependerá de la variación de viscosidad y velocidad. A medida que la viscosidad dinámica aumente, el Número de Reynolds disminuirá; en contra parte a esto se tiene que si la velocidad aumenta, el Número de Reynolds será directamente proporcional a este comportamiento.
Por otro lado, se debe tener una gran precisión al momento de manejar los equipos; esto se fundamenta en que si se abre las válvulas un poco mas de lo requerido esto puede desembocar en flujo descontrolado de azul de metileno y de esta manera perder todo el trabajo realizado.
Finalmente, otro factor que dificulto la identificación del régimen del flujo fue el poco de estabilidad que tenía este debido que se comportaba como laminar y al cabo de unos segundos y sin manipulación de válvulas podría pasar a ser turbulento.
BIBLIOGRAFÍA
- GONZÁLEZ, Mónica, El Número de Reynolds, 2011, Disponible en: http://fisica.laguia2000.com/complementos-matematicos/el-numero-de-reynolds, (Consulta: 14 de abril de 2017)
