Experimento de Reynolds.© UPV
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
🔬 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.
📈 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
💡Flujo laminar
💡Flujo turbulento
💡Transición
💡Densidad cinemática
💡Viscosidad
💡Caudal
💡Depósito de colorante
💡Capilar de inyección
💡Experimento de Reynolds
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.
Transcripts
experimento de reinolds departamento de
ingeniería rural y agroalimentaria
unidad docente de
hidráulica los objetivos son diferenciar
los tipos de régimen hidráulico en
tuberías comprender el experimento de
Reynolds para la caracterización del
flujo utilizar el número de Reynolds
para clasificar el flujo el índice
seguido
será una primera introducción teórica
donde se describen los tipos de flujo y
su relación con el número de
reinos la descripción del ensayo y la
metodología del
mismo una toma de datos y el posterior
análisis de los resultados con sus
conclusiones un flujo viscoso puede ser
clasificado como flujo laminar o
turbulento esta distinción se demostró
por primera vez en la experiencia de
osborne Reynolds en
1883 Reynolds inyectó una solución
coloreada sobre la corriente principal
de agua generada en un tubo de
vidrio observó que para bajas
velocidades de flujo el chorro de agua
coloreada circulaba intacto a lo largo
de la corriente principal sin que se
produjese mezcla
transversal nos encontramos entonces con
un flujo
laminar al aumentar la velocidad de
flujo se alcanza un punto a partir del
cual desaparece la vena coloreada y el
color se difunde uniformemente a través
de toda la sección transversal de la
corriente este tipo de movimiento se
denomina flujo turbulento el flujo
laminar Por tanto se define como aquel
en que el fluido se mueve en capas o
cilindros concéntricos en el caso de una
tubería deslizándose suavemente unos
sobre otros con un gradiente de
velocidad dado por la ley de Newton de
la
viscosidad al inyectar colorante el
flujo no se mezcla con el fluido cercano
excepto por actividad
molecular cualquier tendencia hacia la
inestabilidad o turbulencia se amortigua
por la acción de las fuerzas cortantes
viscosas que se oponen al movimiento
relativo de capas de fluido adyacentes
entre sí por otro lado en un flujo
turbulento el movimiento de las
partículas es muy errático y se tiene un
intercambio transversal de cantidad de
movimiento muy intenso la velocidad en
cualquier punto fluctúa de una manera
continua y con ella sus tres
componentes si la velocidad para un
punto m en el instante t es V su1 justo
en el instante siguiente será V sub2 lo
mismo ocurre con la
presión el número de Reynolds es un
factor adimensional que relaciona la
densidad viscosidad velocidad y una
dimensión típica de un
flujo interviene en numerosos problemas
de dinámica de
fluidos para tuberías la dimensión
característica es el diámetro de la
conducción el cociente entre la
viscosidad absoluta y la densidad se
denomina densidad cinemática y es el
factor que suele emplearse en la
expresión del
número el número de reinold se puede
relacionar con el tipo de flujo si su
valor es menor de 2000 el régimen es
laminar si los valores son superiores a
4000 tendremos régimen turbulento y para
comprendidos entre 2000 y 4000 el
régimen será inestable o de
transición el equipo consta de un
depósito de colorante otro depósito
central y principal una estructura de
soporte y un tubo vertical interior de
vidrio de 13 mm de
diámetro del fondo del depósito de
colorante sale un tubo conductor del
mismo alojado en el depósito central
y que termina en un capilar de inyección
de 0,7 mm de
diámetro junto a la base de este pequeño
depósito hay una válvula de aguja
instalada en el tubo con la que
regularemos la cantidad de
colorante el extremo de la aguja penetra
algo en la entrada del extremo superior
del tubo de vidrio ahí se se dispone una
tobera de aristas redondeadas para
facilitar el paso del
agua el tubo de vidri llega hasta el
fondo de la estructura metálica donde
hay instalada una válvula que regulará
el caudal que lo atraviesa y continúa
posteriormente unido a un tubo de
plástico flexible hasta el depósito de
medida el depósito central visto el
equipo de frente tiene en su parte
posterior la entrada de agua de
suministro en la parte superior
izquierda un rebosadero y en la parte
derecha de su base un conducto de
vaciado como con depósito de medida se
dispone de un recipiente
gradual la forma de trabajar será la
siguiente inicialmente se establece un
caudal y un nivel de agua constante en
el depósito de alimentación el ajuste se
efectúa con la válvula al pie del equipo
se procede a La regulación del colorante
inyectado utilizando la válvula de aguja
en el depósito de colorante para cada
punto de regulación se medirá
gravimétrica por medio de un recipiente
una balanza y un cronómetro para cada
toal se obtendrá el número de Reynolds
relacionándolo con el comportamiento del
flujo observado a partir de los
resultados numéricos y la observación se
obtendrán unos límites
experimentales por la naturaleza de las
experiencias este caudal debe ser
constante y basta para ello que el
rebosadero actúe
continuamente también es conveniente que
el depósito de colorante esté lo más
lleno posible para que la cantidad de
colorante sea máxima Si se quiere menor
cantidad puede regularse con la válvula
de
aguja Por último el capilar de inyección
debe coincidir con el centro de la
entrada acampanada de la
tobera ahora pasamos a visualizar en el
equipo el comportamiento del fluido
partiremos de velocidades bajas
incrementando progresivamente el caudal
cuando la velocidad del agua sea muy
baja el hilo de colorante será
perfectamente nítido hecho indicativo de
que estamos en un régimen de flujo
laminar se tiene un hilo recto y con
pocas fluctuaciones si la velocidad del
agua aumenta comienza a perderse la
nitidez del hilo decolorante el hilo se
altera y oscile su traza tenemos el
régimen del flujo de
[Música]
transición finalmente cuando se
continúan aumentando las velocidades de
circulación llega un momento en que el
hilo de colorante se rompe
completamente lanzándose Entonces el
régimen de flujo
turbulento puede apreciarse Cómo se
difunde el colorante en todo el tubo Y
hasta cierto punto la agitación y los
remolinos de la
[Música]
corriente para la toma de datos se
propone la siguiente tabla la única
medida a hacer con las experiencias de
este equipo es la del
caudal el caudal que atraviesa el tubo
de vidrio en el que se visualiza el
flujo y que sale por el tubo flexible
depende de la diferencia de cotas entre
el nivel de agua sobre el cilindro
interior y el extremo del tubo flexible
por ello si se visualiza el flujo cuyo
caudal quiere medirse no puede moverse
para la medida el extremo del tubo
flexible al mismo tiempo que se coloca
la probeta bajo el chorro se pone en
marcha el cronómetro y se espera a
recoger el mayor volumen de agua
posible luego al mismo tiempo que se
separa la probeta se para el cronómetro
el caudal será el volumen recogido
dividido por el tiempo en
la medida de cualquier caudal hay que
hacerla tres veces para tener un valor
medio que elimine en parte los errores
de
medida tras la toma de datos puede
obtenerse el número de reinos el
diámetro del capilar es de 13 MM y para
obtener un valor para la viscosidad se
medirá la temperatura del agua durante
el
experimento finalmente para cada valor
obtenido obtendremos un comportamiento
del flujo observado
[Música]
al margen de los resultados numéricos
que se pueden haber obtenido en cada
ensayo se pueden poner de manifiesto las
siguientes afirmaciones en una
conducción se producen distintos
comportamientos
hidrodinámicos el valor del número de
reinold se relaciona directamente con el
régimen hidráulico con valores de
reynold inferiores a 2000 Se aprecia
claramente régimen laminar y para
valores superiores a 4000 la turbulencia
está desarrollada
resumiendo lo realizado se han descrito
los regímenes
hidráulicos han sido vistos de forma
Clara adquiriendo la noción de
turbulencia por último se ha obtenido un
índice el número de reinolds que asocia
unos determinados valores a cada régimen
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