APARATO DE REYNOLDS

APARATO DE REYNOLDS

Osborne Reynolds en base a sus experimentos fue el primero que propuso el criterio para distinguir los tipos de flujos en tuberías (laminar, de transición y turbulento) mediante un número que lleva su nombre, el cual permite valuar las fuerzas viscosas con respecto a las de inercia.

 Para lo anterior, Reynolds diseñó un dispositivo que consistía en un tubo transparente introducido en un recipiente con paredes de vidrio. La entrada del tubo, ensanchada en forma de campana, permitía la introducción de un colorante y el caudal podía ser regulado mediante una llave existente en la extremidad del tubo. En base al diseño original de Reynolds, se construyó uno semejante pero con algunas modificaciones para poder adaptarlo a los laboratorios de Hidráulica actuales, haciéndolo completamente portátil y fácil de operar. Dicho aparato consta de las siguientes partes:[pic 1]

• - Recipiente de 15 x 15 x 15 cms. hecho de lámina de acrilico transparente de 0.25" de espesor. [pic 2]
• 2. - Tubo de cobre de O.5"Ø que permite la entrada del agua conectado mediante una manguera a una toma.
• 3. - Placa disipadora de presión, hecha con la misma lámina acrílica y que además está multi perforada.
• 4. - Aguja inyectora del colorante, calibre 18.
• 5. - Manguera conductora del colorante, de l/8"Ø.
• 6. - Válvula reguladora del colorante.
• 7. - Receptáculo del colorante.
• 8. - Tubo de vidrio de l/2"Ø x 24 " de longitud.
• 9. - Soporte.
• 10. - Válvula de l/2" Ø para regular la salida del agua.

La manera de operarlo es la siguiente:

A) Permitir el acceso del agua al depósito mediante el tubo (2)

B) El agua, al comenzar a llenar el recipiente, disipará su energía de movimiento al pasar al través de la rejilla multiperforada (3).

C) Al estar casi completamente lleno el depósito, lentamente la válvula (10) y reducir el suministro de agua.

D) Cuando se inicia el flujo del agua por el tubo de vidrio (.8) abrir con mucho” cuidado 1 a válvula (6) para permitir el paso del colorante.

E) Se proceden a efectuar los ajustes, mediciones y operaciones que se indicarán más adelante para determinar los diversos tipos de flujo. Como equipo complementario se requiere el uso de una probeta graduada, un cronómetro y un termómetro.

1. Flujo laminar El flujo o régimen laminar es aquel que se presenta cuando la velocidad que lleva el fluido es relativamente baja y a la cual le corresponde un valor también bajo para el gasto. Se caracteriza porque el movimiento de las partículas, dirigido en igual dirección que el eje del tubo, se produce siguiendo trayectorias separadas en forma de pequeñas láminas perfectamente bien definidas sin existir mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas.[pic 3]

[pic 4]

1. Flujo de transición El flujo de transición se presenta cuando existe un aumento de la velocidad en el régimen laminar, de tal manera que presenta características del régimen laminar y del régimen turbulento.

1. Flujo turbulento En el flujo o régimen turbulento, las partículas se mueven sobre trayectorias erráticas sin seguir un orden establecido produciendo un mezclado total, todo esto debido a un mayor aumento de la velocidad y por consiguiente del gasto. [pic 5]

1. Velocidad crítica alta: Imaginemos un tubo por el que va a circular agua con velocidades que podemos hacer variar arbitrariamente Al principio vamos a hacer que el líquido contenido en el tubo, y que está en reposo, circule pasando por una sección dada, con velocidad progresivamente mayor. Cuando el líquido comienza a moverse, .como la velocidad es pequeña, el régimen es laminar; al ir aumentando paulatinamente la velocidad llega a cierto valor a partir del cual el régimen se vuelve turbulento. Este valor que tiene que alcanzar la velocidad para pasar del régimen laminar al turbulento, se llama " velocidad crítica alta ".

1. Velocidad crítica baja Supongamos ahora que en la tubería está circulando el agua con gran velocidad, de tal manera que el régimen es turbulento y se le hace disminuir paulatinamente; el régimen permanece turbulento hasta que llega un momento en que si se disminuye más la velocidad, pasa a laminar. A esta velocidad para la cual el régimen pasa de turbulento a laminar se llama " velocidad crítica baja Existen pues dos valores para la velocidad crítica alta y crítica baja; la primera tiene un valor mayor que la segunda, es decir, al disminuir la velocidad para pasar del régimen turbulento al laminar, la velocidad crítica es menor que aquella a que hay que llegar para pasar del régimen laminar al turbulento. Si en el caso de un escurrimiento se da el dato de la velocidad y está comprendida entre la crítica alta y la crítica baja, no puede asegurarse si el régimen es - laminar o turbulento, ya que dependerá de los antecedentes de circulación del líquido. Los valores de la velocidad crítica alta y velocidad crítica baja son diferentes según el diámetro de la tubería y dichos valores fueron determinados por Reynolds haciendo uso del aparato que lleva su nombre.
2. Número de Reynolds, después de sus investigaciones teóricas y experimentales concluyó que el mejor criterio para determinar el tipo de movimiento en una tubería no se limita exclusivamente al valor de la velocidad y sí al valor de .una expresión adimensional, en la cual se considera también la viscosidad del líquido:

                          ó también  en donde [pic 6][pic 7]

• Re = Número de Reynolds (sin unidades)
• V = Velocidad del fluido (m/seg.)
• D = Diámetro del conducto (m)
• p = Densidad del fluido (kg/m3 )
• u = Viscosidad absoluta o dinámica  (kg.seg./m2)
• v= Viscosidad cinemática (m2 /seg.)

Reynolds determinó los límites para cada uno - de los flujos en tuberías que trabajan bajo condiciones normales, y que son:

• Flujo laminar Re menor a 2000
• Flujo de transición Re entre 2000 y 4000
• Flujo turbulento Re mayor de 4000

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA[pic 8]

CENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTE

DIVISIÓN DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

Curso: lab. Hidráulica

Ing. Luis Hernández.

Aparato de Reynolds:

Estudiante:

Quetzaltenango 10 de Febrero de 2017.

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