Experimento de Reynolds.© UPV

Universitat Politècnica de València - UPV

29 Sept 201109:19

Summary

TLDREl experimento de Reynolds, desarrollado en el Departamento de Ingeniería Rural y Agroalimentaria, busca diferenciar los tipos de régimen hidráulico en tuberías. Se explica que el flujo viscoso puede ser laminar o turbulento, y se utiliza el número de Reynolds para clasificar el flujo. El experimento involucra inyectar una solución coloreada en un tubo de vidrio para observar la transición entre flujo laminar y turbulento. El equipo consta de depósitos, una válvula de aguja y un tubo vertical. A través de la medición del caudal y el análisis de los resultados, se establecen límites experimentales para los diferentes regímenes hidráulicos.

Takeaways

🔬 El experimento de Reynolds es utilizado para diferenciar los tipos de régimen hidráulico en tuberías y caracterizar el flujo.
🎨 Reynolds observó que a bajas velocidades, el fluido se mueve en capas sin mezcla transversal, identificando el flujo laminar.
🌀 Al aumentar la velocidad, se llega a un punto donde el fluido se mezcla rápidamente, caracterizando el flujo turbulento.
📊 El número de Reynolds es un factor adimensional que clasifica el flujo como laminar (<2000), inestable o de transición (entre 2000 y 4000), y turbulento (>4000).
🧪 El experimento involucra la inyección de colorante en un tubo para observar el comportamiento del flujo y determinar su régimen.
📏 La dimensión característica para el número de Reynolds en tuberías es el diámetro del conducto.
💧 El flujo laminar se define por el movimiento del fluido en capas concéntricas con un gradiente de velocidad dado por la ley de Newton.
🌪 En el flujo turbulento, las partículas se mueven erráticamente con un intercambio transversal intenso y fluctuaciones continuas de velocidad.
🛠️ El equipo para el experimento incluye un depósito de colorante, un tubo vertical de vidrio, y una válvula para regular el caudal.
⏱️ Para medir el caudal, se recoge un volumen de agua en un tiempo determinado y se divide el volumen por el tiempo transcurrido.
📈 A través de la medición del caudal y la observación del comportamiento del flujo, se relaciona el número de Reynolds con el régimen hidráulico observado.

Q & A

¿Qué objetivo principal se tiene en el experimento de Reynolds en la hidráulica?
-El objetivo principal es diferenciar los tipos de régimen hidráulico en tuberías y comprender el experimento de Reynolds para la caracterización del flujo utilizando el número de Reynolds para clasificar el flujo.
¿Qué descubrió Osborne Reynolds en su experimento de 1883?
-Reynolds descubrió que a bajas velocidades de flujo, el chorro de agua coloreada circulaba intacto sin mezclarse con el agua principal, lo que indica un flujo laminar. A velocidades más altas, el color se difunde uniformemente, indicando un flujo turbulento.
¿Cómo se define el flujo laminar?
-El flujo laminar se define como aquel en el que el fluido se mueve en capas o cilindros concéntricos, deslizándose suavemente unos sobre otros con un gradiente de velocidad dado por la ley de Newton de viscosidad.
¿Qué características tiene el flujo turbulento?
-En el flujo turbulento, el movimiento de las partículas es errático, con un intercambio transversal de cantidad de movimiento intenso, y la velocidad y presión fluctúan continuamente.
¿Cuál es el número de Reynolds y qué representa?
-El número de Reynolds es un factor adimensional que relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y una dimensión típica de un flujo. Ayuda a determinar el tipo de flujo, ya sea laminar, turbulento o en transición.
¿Cómo se determina si el régimen de flujo es laminar, turbulento o en transición?
-Si el número de Reynolds es menor de 2000, el régimen es laminar. Si es superior a 4000, es turbulento. Y para valores entre 2000 y 4000, el régimen es inestable o de transición.
¿Qué equipos componen el experimento de Reynolds y qué función cumplen?
-El equipo consta de un depósito de colorante, un depósito central y principal, una estructura de soporte, un tubo vertical de vidrio de 13 mm de diámetro, y una válvula para regular el caudal. Sirven para inyectar colorante y medir el caudal del fluido a través de la observación del comportamiento del fluido.
¿Cómo se establece el caudal y el nivel de agua constante en el experimento?
-Se establece un caudal y un nivel de agua constante en el depósito de alimentación mediante la regulación de la válvula al pie del equipo.
¿Cómo se medirá el caudal en el experimento?
-El caudal se mide a través de la diferencia de cotas entre el nivel de agua sobre el cilindro interior y el extremo del tubo flexible. Se recoge el mayor volumen de agua posible en un tiempo determinado y se divide el volumen recogido entre el tiempo transcurrido.
¿Cómo se relaciona el número de Reynolds con el comportamiento del flujo observado?
-El número de Reynolds se relaciona con el comportamiento del flujo observado, donde valores bajos indican flujo laminar y valores altos indican flujo turbulento. Los valores intermedios sugieren un régimen de transición.
¿Qué se espera que el participante aprenda al final del experimento?
-Se espera que el participante comprenda los diferentes regímenes hidráulicos, adquiera la noción de turbulencia y asocie el número de Reynolds con los regímenes de flujo correspondientes.

Outlines

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🔬 Experimento de Reynolds: Caracterización del Flujo

El primer párrafo introduce el experimento de Reynolds, una herramienta fundamental en la ingeniería para diferenciar entre flujos laminares y turbulentos en tuberías. Se describe cómo el número de Reynolds clasifica el flujo basándose en su relación con la densidad, viscosidad y velocidad del fluido, y una dimensión característica del flujo, como el diámetro de la tubería. El experimento se ejecuta inyectando una solución coloreada y observando su comportamiento a distintas velocidades de flujo, lo que permite identificar el punto de transición entre flujos laminares y turbulentos. El equipo utilizado para el experimento incluye un depósito de colorante, una tubería vertical de vidrio y un sistema para regular el caudal y la inyección de colorante.

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📈 Procedimiento y Análisis del Experimento de Reynolds

El segundo párrafo detalla el procedimiento para llevar a cabo el experimento de Reynolds, incluyendo la establecimiento de un caudal y nivel de agua constante, la regulación de la inyección de colorante y la medición del caudal que atraviesa el tubo de vidrio. Se describe cómo a través de la observación del comportamiento del colorante a diferentes velocidades, se pueden identificar los regímenes de flujo laminar, transitorio y turbulento. Para cada punto de medición, se calcula el número de Reynolds y se relaciona con el comportamiento del flujo observado. El objetivo es establecer límites experimentales y comprender cómo la viscosidad y la densidad del fluido influyen en el tipo de flujo. Además, se sugiere que para obtener resultados precisos, es necesario mantener el caudal constante y llenar el depósito de colorante lo más posible para maximizar la cantidad de colorante inyectado en el flujo.

Mindmap

Keywords

💡Reynolds

El número de Reynolds es un factor adimensional utilizado en la ingeniería y la física para describir el tipo de flujo de un fluido. Define la relación entre las fuerzas de viscosidad y las fuerzas inerciales en un fluido en movimiento. En el video, se relaciona con el tipo de flujo que se puede observar en una tubería, siendo fundamental para clasificar el flujo como laminar, turbulento o de transición.

💡Flujo laminar

El flujo laminar es un tipo de flujo en el que las partículas de fluido se mueven en capas paralelas y ordenadas, sin mezclarse entre sí. En el script, se describe cómo se observa este flujo cuando el número de Reynolds es menor de 2000, y el colorante inyectado en el tubo de vidrio mantiene su forma sin difundirse transversalmente.

💡Flujo turbulento

El flujo turbulento es un tipo de flujo caracterizado por un movimiento caótico y desordenado de las partículas de fluido, con un intercambio intenso de cantidad de movimiento en todas las direcciones. En el video, se menciona que este tipo de flujo ocurre cuando el número de Reynolds es superior a 4000, y el colorante se difunde uniformemente a través de toda la sección transversal del tubo.

💡Transición

La transición se refiere al período en el que el flujo de un fluido pasa de ser laminar a turbulento. En el script, se describe cómo, al aumentar la velocidad del flujo, se alcanza un punto en el que el flujo pasa de ser laminar a turbulento, lo cual se observa a través de la pérdida de nitidez del hilo de colorante y su posterior difusión.

💡Densidad cinemática

La densidad cinemática es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad de un fluido. Es un concepto importante en el cálculo del número de Reynolds, ya que influye en la determinación del tipo de flujo. En el video, se menciona que se utiliza en la expresión del número de Reynolds para tuberías.

💡Viscosidad

La viscosidad es una propiedad de un fluido que resistencia a la deformación y el flujo. Es una de las fuerzas que se considera al calcular el número de Reynolds y que influye en el tipo de flujo. En el script, se destaca cómo la viscosidad actúa en la oposición al movimiento relativo de capas de fluido en un flujo laminar.

💡Caudal

El caudal se refiere a la cantidad de fluido que pasa por una sección transversal de un tubo en un período de tiempo. Es una medida clave en el experimento descrito en el video, ya que se relaciona con el número de Reynolds y se mide para determinar el comportamiento del flujo.

💡Depósito de colorante

El depósito de colorante es parte del equipo utilizado en el experimento para inyectar una solución coloreada en el flujo principal de agua. En el script, se describe cómo se utiliza este depósito para regular la cantidad de colorante inyectado y observar cómo se mezcla con el flujo de agua.

💡Capilar de inyección

El capilar de inyección es un tubo delgado que se utiliza para introducir el colorante en el flujo de agua en el experimento. En el script, se menciona su importancia para que el colorante se introduzca en el centro de la entrada del tubo de vidrio para una mejor observación del flujo.

💡Experimento de Reynolds

El experimento de Reynolds es una prueba histórica que demuestra la diferencia entre flujo laminar y turbulento. En el video, se describe cómo este experimento fue realizado por Osborne Reynolds en 1883, inyectando una solución coloreada sobre la corriente principal de agua en un tubo de vidrio para observar el comportamiento del flujo.

Highlights

Experimento de Reynolds para diferenciar los tipos de régimen hidráulico en tuberías.

El flujo viscoso puede ser clasificado como laminar o turbulento.

Reynolds observó la mezcla de fluidos en su experimento de 1883.

Flujo laminar caracterizado por capas concéntricas de fluido.

Flujo turbulento marcado por un intercambio transversal intenso y fluctuaciones de velocidad.

El número de Reynolds es un factor adimensional clave en la caracterización del flujo.

Valores de Reynolds menores de 2000 indican flujo laminar.

Valores de Reynolds superiores a 4000 sugieren flujo turbulento.

Régimen inestable o de transición para valores entre 2000 y 4000.

Descripción del equipo utilizado en el experimento de Reynolds.

Importancia de la densidad cinemática en la expresión del número de Reynolds.

Procedimiento para establecer caudal y nivel de agua constante en el experimento.

Regulación del colorante inyectado para observar el comportamiento del flujo.

Observación del cambio de régimen de flujo a medida que se incrementa el caudal.

Método de medición del caudal en el tubo de vidrio.

Necesidad de medir la temperatura del agua para determinar la viscosidad.

Análisis de los resultados numéricos y observación para determinar el régimen hidráulico.

El número de Reynolds asocia valores específicos a cada régimen hidráulico observado.