El experimento de Reynolds sobre la dinámica de fluidos es uno de los estudios más fascinantes en el campo de la física. ¿Alguna vez te has preguntado cómo se comportan realmente los fluidos en diferentes situaciones? ¡Prepárate para sumergirte en un experimento que desafiará tu percepción de la física! En este artículo, exploraremos la famosa investigación de Osborne Reynolds y descubriremos qué reveló sobre la dinámica de los fluidos. ¡Prepárate para adentrarte en un mundo repleto de experimentos extraordinarios y conceptos que desafiarán tu imaginación!
En dinámica de fluidos, el número de Reynolds nos ayuda a determinar el tipo de flujo, p.e. B. laminar o turbulento. En artículos anteriores ya hemos visto cómo podemos encontrar el número de Reynolds. Este artículo explica cómo podemos determinar el número de Reynolds mediante el experimento de Reynolds.
Flujo turbulento
El flujo laminar se discutió en el artículo anterior. En el flujo laminar, las partículas líquidas se mueven en capas o capas siguiendo trayectorias rectas y paralelas, de modo que las trayectorias de las partículas líquidas individuales no se cruzan entre sí.
los de las partículas vecinas.
El flujo laminar sólo es posible a bajas velocidades y alta viscosidad del fluido. Sin embargo, cuando aumenta la velocidad o el fluido es menos viscoso, las partículas del fluido no se mueven en trayectorias rectas. Las partículas líquidas se mueven aleatoriamente, lo que resulta en una mezcla general de las partículas. Este tipo de flujo se llama flujo turbulento.
Un flujo laminar cambia a un flujo turbulento bajo una de las siguientes condiciones
(i) la velocidad aumenta
(ii) se aumenta el diámetro de una tubería
(iii) se reduce la viscosidad del líquido.
número de reynolds
O. Reynold fue el primero en demostrar que la transición de laminar a turbulenta depende no sólo de la velocidad media sino también de la cantidad.
Esta cantidad es adimensional y se llama número de Reynolds.
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En el caso de una tubería circular, los siguientes escenarios de valores del número de Reynolds pueden resultar útiles para determinar si el flujo es laminar o turbulento.
- Si Rmi < 2000 se denomina flujo laminar
- Si Rmi > 4000 se denomina flujo turbulento.
- Si Rmi está entre 2000 y 4000, el flujo cambia de laminar a turbulento.
experimento de reynolds
A partir de los escenarios anteriores, podemos determinar el tipo de flujo utilizando el número de Reynolds. La determinación de este número de Reynolds a partir de una configuración experimental fue ilustrada por O. Reynold en 1883.
A continuación se muestra el experimento de Reynolds que puede ayudarnos a determinar el número de Reynolds.
El dispositivo consta de las siguientes partes.
- Un tanque que contiene agua a presión constante.
- Un tanque pequeño con algo de tinte.
- Un tubo de vidrio tiene en un extremo una entrada en forma de embudo y en el otro un grifo regulador.
Actas
El agua del tanque pudo fluir a través del tubo de vidrio. El caudal fue variado por la válvula de control. Se introdujo un tinte líquido con la misma gravedad específica que el agua en el tubo de vidrio como se muestra en la siguiente figura.
Observaciones
Reynold hizo las siguientes observaciones:
- A bajas velocidades de flujo, el hilo de tinte en el tubo de vidrio tenía la forma de una línea recta. Esta línea recta de filamentos de tinte corría paralela al tubo de vidrio, como ocurría en el flujo laminar como se muestra en la figura (a) anterior.
- A medida que aumentó el caudal, el hilo de tinte ya no era una línea recta sino que se volvió ondulado, como se muestra en la figura (b). Esto muestra que el flujo ya no es laminar.
- A medida que la velocidad del flujo aumentó aún más, el filamento de tinte ondulado se disolvió y finalmente se difundió en el agua, como se muestra en la figura (c). Esto significa que las partículas líquidas del tinte se mueven aleatoriamente a esta velocidad más alta, lo que representa el caso de flujo turbulento.
En un flujo turbulento, la mezcla del filamento de tinte y el agua es intensa y el flujo es irregular, aleatorio y desordenado.
Se encontró que la pérdida de presión en el flujo laminar es proporcional a la velocidad. En flujo turbulento, Reynold observó que la pérdida de presión es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad.
Más específicamente, la pérdida de la cabeza, hF ∝Vnorte donde n varía entre 1,75 y 2,0.
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La importancia del número de Reynolds para determinar los distintos tipos de flujo
En la dinámica de fluidos, el número de Reynolds nos ayuda a determinar el tipo de flujo, ya sea laminar o turbulento. En artículos anteriores, ya hemos aprendido cómo encontrar el número de Reynolds. En este artículo, discutiremos cómo podemos determinar el número de Reynolds utilizando el experimento de Reynolds.
Flujo turbulento
En el artículo anterior, ya hemos hablado sobre el flujo laminar. En el flujo laminar, las partículas del fluido se mueven en trayectorias paralelas rectas en capas o láminas, de manera que las trayectorias de las partículas individuales no se cruzan con las de las partículas vecinas. El flujo laminar solo es posible a bajas velocidades y cuando el fluido tiene una alta viscosidad.
Sin embargo, cuando la velocidad se incrementa o el fluido es menos viscoso, las partículas del fluido no se mueven en trayectorias rectas. Las partículas del fluido se mueven de manera aleatoria, resultando en una mezcla general de las partículas. Este tipo de flujo se denomina flujo turbulento.
Un flujo laminar se convierte en un flujo turbulento bajo las siguientes condiciones: (i) se incrementa la velocidad, (ii) se incrementa el diámetro de una tubería, o (iii) se disminuye la viscosidad del fluido.
Número de Reynolds
O. Reynolds fue el primero en demostrar que la transición de un flujo laminar a un flujo turbulento depende no solo de la velocidad media, sino de una cantidad en particular. Esta cantidad es una cantidad adimensional y se denomina número de Reynolds.
En el caso de una tubería circular, los siguientes escenarios del valor del número de Reynolds pueden ayudarnos a identificar si el flujo es laminar o turbulento:
- Si Re < 2000, el flujo se considera laminar.
- Si Re > 4000, el flujo se considera turbulento.
- Si Re está entre 2000 y 4000, el flujo cambia de laminar a turbulento.
Experimento de Reynolds
Ahora que sabemos cómo determinar el tipo de flujo a través del número de Reynolds, vamos a hablar sobre el experimento de Reynolds que nos ayuda a calcular este número.
Configuración del experimento de Reynolds
El aparato consta de las siguientes partes:
- Un tanque que contiene agua a una altura constante.
- Un pequeño tanque que contiene un colorante.
- Un tubo de vidrio con una entrada en forma de campana en un extremo y una válvula reguladora en el otro extremo.
Procedimiento
Se permitió que el agua del tanque fluyera a través del tubo de vidrio. La velocidad del flujo se varió mediante la válvula reguladora. Se introdujo un colorante líquido con el mismo peso específico que el agua en el tubo de vidrio.
Observaciones
O. Reynolds pudo hacer las siguientes observaciones:
- Cuando la velocidad del flujo era baja, el filamento de colorante en el tubo de vidrio tenía la forma de una línea recta. Esta línea recta de filamento de colorante era paralela al tubo de vidrio, lo cual indica un flujo laminar.
- A medida que aumentaba la velocidad del flujo, el filamento de colorante dejaba de ser una línea recta y se volvía ondulado. Esto indica que el flujo ya no es laminar.
- Con un mayor aumento en la velocidad del flujo, el filamento de colorante ondulado se rompía y finalmente se dispersaba en el agua. Esto significa que las partículas del colorante se mueven de manera aleatoria a esta mayor velocidad, lo cual indica un flujo turbulento.
Por lo tanto, en el caso del flujo turbulento, la mezcla del filamento de colorante y el agua es intensa y el flujo es irregular, aleatorio y desordenado.
Se encontró que la pérdida de carga es proporcional a la velocidad en el caso del flujo laminar. En el caso del flujo turbulento, Reynolds observó que la pérdida de carga es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad. Más exactamente, la pérdida de carga, hf, ∝ Vn, donde n varía de 1.75 a 2.0.
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