Este documento describe un experimento para determinar los tipos de flujo laminar y turbulento mediante la adición de tinta a un flujo de agua a diferentes velocidades. El experimento mide el volumen de agua, tiempo de flujo, velocidad, y calcula el número de Reynolds para cada prueba. Los resultados muestran que a mayor velocidad el flujo es turbulento con un número de Reynolds más alto, mientras que a menor velocidad el flujo es laminar con un número de Reynolds más bajo.

1. 1INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI, Equipo Rojo, Ing. Química
PRÁCTICA #3
“Perfiles de Velocidad en Flujo Laminar y Turbulento”
OBJETIVO GENERAL:
Determinar experimentalmente los diferentes tipos de flujo mediante la adición de tinta a
un flujo variado de agua.
Objetivos Específicos:
- Observar el comportamiento del flujo de la tinta a diferentes velocidades.
- Obtener las variables necesarias para determinar el número de Reynolds.
- Obtener evidencia gráfica de los diferentes tipos de flujo.
- Comparar los resultados de la observación con los resultados obtenidos
analíticamente.
MARCO TEÓRICO:
 Fluido.
Las sustancias conocidas como fluidos pueden ser líquidos
o gases, mejor definidos los fluidos son aquellos líquidos
y gases que se mueven por la acción de un esfuerzo
cortante, no importa cuán pequeño pueda ser tal esfuerzo
cortante. Esto significa que incluso un muy pequeño
esfuerzo cortante produce movimiento en el fluido.
 Flujo.
El flujo de un fluido no es más que la acción de movimiento del mismo. El tipo de flujo
de un fluido puede predecirse mediante el cálculo de un número sin dimensiones, el
número de Reynolds, que relaciona las variables más importantes que describen un flujo:
velocidad, longitud de la trayectoria del flujo, densidad del fluido y su viscosidad. Los
flujos en los que la viscosidad de un fluido no es despreciable pueden ser de dos tipos,
laminares o turbulentos. La razón por la que un flujo puede ser laminar o turbulento tiene
que ver con lo que sucede a una pequeña perturbación del flujo, una perturbación de las
componentes de velocidad. Una perturbación del flujo puede incrementar o disminuir su
tamaño. Si una perturbación del flujo en un flujo laminar se incrementa (es decir, el flujo
es inestable), el flujo puede llegar a ser turbulento; si la perturbación disminuye, el flujo
permanece laminar.
 Número de Reynolds.
El número de Reynolds (Re) es un parámetro adimensional cuyo valor indica si el flujo
sigue un modelo laminar o turbulento. El número de Reynolds depende de la velocidad
del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro equivalente si la conducción no es circular,
y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica.
𝑅𝑒 =
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑎𝑠
=
𝜌𝐷𝑉
𝜇
En una tubería circular se considera:
• Re < 2300 El flujo sigue un comportamiento laminar.
• 2300 < Re < 4000 Zona de transición de laminar a turbulento.
• Re > 4000 El fluido es turbulento.
Figura 1 Fluido en estado líquido.

2. 2 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI, Equipo Rojo, Ing. Química
 Flujo laminar.
Se llama flujo laminar al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente
ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin
entremezclarse. Las capas adyacentes del fluido se deslizan suavemente entre sí. El
mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que este flujo es
aerodinámico. Ocurre a velocidades relativamente
bajas o viscosidades altas. En un flujo laminar, el
fluido fluye sin mezclado significativo de sus
partículas próximas entre sí. Si se inyectara un
colorante, el flujo no se mezclaría con el fluido
cercano excepto por actividad molecular; conservará
su identidad durante un lapso de tiempo
relativamente largo. Los esfuerzos cortantes
viscosos siempre influyen en un flujo laminar. El
flujo depende en gran medida del tiempo.
 Flujo turbulento
Se llama flujo turbulento cuando se hace más irregular, caótico e impredecible, las
partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran
formando pequeños remolinos aperiódicos. Aparece a velocidades altas o cuando
aparecen obstáculos abruptos en el movimiento del fluido. En un flujo turbulento los
movimientos del fluido varían irregularmente de tal suerte que las cantidades tales como
velocidad y presión muestran una variación
aleatoria con el tiempo y las coordenadas
espaciales. Las cantidades físicas con
frecuencia se describen mediante promedios
estadísticos. Un colorante inyectado en un
flujo turbulento se mezclará de inmediato por
la acción del movimiento aleatorio de sus
partículas; rápidamente perderá su identidad
en este proceso de difusión.
 Experimento.
Un flujo laminar y un flujo turbulento pueden ser observados mediante la realización de
un experimento simple con una llave de agua. Ábrase la llave de modo que el agua fluya
lentamente como una corriente silenciosa. Éste es un flujo laminar. Ábrase la llave
lentamente y obsérvese cómo el flujo se vuelve turbulento. Note que un flujo turbulento
se desarrolla con un gasto relativamente pequeño.
MATERIALES:
- Tinta china color rojo y azul.
- Agua.
- Cronómetro.
- Jeringa.
- 1 manguera transparente.
- 1 vaso de precipitados de 1 litro.
- 1 vernier.
- 1 termómetro.
- 1 piseta.
Figura 2 Distribución de velocidades en un
tubo con flujo laminar
Figura 3 Distribución de líneas de flujo de un flujo
turbulento

3. 3INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI, Equipo Rojo, Ing. Química
PROCEDIMIENTO:
1. Pedir y limpiar adecuadamente el material a utilizar.
2. Medir con el vernier el diámetro interno de la manguera a utilizar.
3. Conectar y acomodar los materiales que se van a utilizar (un extremo de la
manguera a la boquilla de la llave de agua y el otro extremo directo hacia el vaso
de precipitados).
4. Abrir la llave de agua para crear flujo.
5. Tomar la temperatura del agua.
6. Llenar la jeringa con la tinta.
7. Introducir la aguja de la jeringa en la manguera e ir añadiendo tinta gradualmente.
8. Ir modificando el flujo de agua.
9. Registrar observaciones y datos.
10. Repetir los pasos 7 y 8 varias veces.
11. Realizar los cálculos de los números de Reynolds.
12. Comparar los resultados obtenidos.
13. Desmontar y limpiar el material.
Figura 4 Insertando tinta en la jeringa. Figura 5 Conectando mangueras.
Figura 6 Tomando temperatura del agua. Figura 7 Inyectando jeringa en la manguera.
Figura 8 Realizando experimento.

4. 4 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI, Equipo Rojo, Ing. Química
CÁLCULOS Y RESULTADOS:
Sustancia: Agua
Temperatura: 22°C
Viscosidad Cinemática: 9.629x10-7
m2
/s
Diámetro de la manguera: 0.009 m
Área de descarga del fluido: 6.36x10-5
m2
Se calculó el número de Reynolds para cada caso con la fórmula:
𝑅𝑒 =
𝑉𝐷
𝜐
Donde:
V = velocidad del flujo (m/s)
D = diámetro de la manguera (m)
𝜐 = viscosidad cinemática del fluido (m2
/s)
Se realizaron 13 intentos del experimento, cada uno con sus respectivas modificaciones
y características.
Exp. Volumen
(m3)
Tiempo
(s)
Flujo
Volumétrico
(m3/s)
Velocidad
(m/s)
Número
de
Reynolds
Observaciones
1 0.0005 21.64 2.31x10-5
0.3632 3394.68 Buscando turbulencia
2 0.0005 58.17 8.59x10-6
0.1351 1262.86 Buscando flujo laminar
3 0.0005 7.07 7.07x10-5
1.1116 10390.51 Intento “muy turbulento”
4 0.0005 47.35 1.05x10-5
0.1659 1551.44 Intento “muy laminar”
5 0.0005 71.76 6.96x10-6
0.1095 1023.70 Intento “muy laminar” 2
6 0.0005 78.57 6.36x10-6
0.1000 934.97
Mismo flujo que el exp. 5,
a la altura de la mesa,
manguera dentro del vaso
7 0.0005 79.3 6.30x10-6
0.0991 926.36 Intento igual al exp. 6
8 0.0005 118.73 4.21x10-6
0.0662 618.72
Mismo intento que 6 y 7
pero con manguera fuera
del vaso
9 0.0005 48.49 1.03x10-5
0.1620 1514.97
Nuevo intento, flujo
modificado, manguera
fuera horizontal, sobre la
mesa
10 0.0005 45.06 1.11x10-5
0.1744 1630.29
Mismo flujo que el exp. 9,
manguera fuera vertical,
sobre la mesa de
laboratorio
11 0.0005 45.37 1.10x10-5
0.1732 1619.15
Mismo flujo que el exp. 9,
manguera fuera horizontal,
sobre la mesa de
laboratorio
12 0.0005 45.5 1.09x10-5
0.1727 1614.52
Mismo flujo que el exp. 9,
manguera fuera vertical,
sobre la mesa de
laboratorio
13 0.0005 45.23 1.10x10-5
0.1737 1624.16
Mismo flujo que el exp. 9,
manguera fuera horizontal,
a una altura de aprox. 27 cm
sobre la mesa

5. 5INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI, Equipo Rojo, Ing. Química
ANÁLISIS:
A partir de la observación física y de los resultados obtenidos en la tabla anterior, es
posible percatarse de que los datos coinciden. Los flujos que visualmente parecían ser
laminares, al realizar los cálculos correspondientes, concordaban con lo observado. De
igual manera sucedió para los flujos de tipo turbulento. Se pudo analizar
experimentalmente la relación existente entre el flujo volumétrico y la variación del
número de Reynolds con respecto a éste. Con los resultados obtenidos, es posible darse
cuenta de que al aumentar la velocidad del flujo de agua, éste se vuelve turbulento y el
número de Reynolds es mayor, y al disminuirla se vuelve laminar y por ende el número
de Reynolds es menor. Éste cambio se observa muy rápido, no es necesario variar
demasiado la velocidad para observarlo, por ejemplo, a una velocidad de 0,36 m/s se
obtiene un flujo turbulento, con Re de 3394, y con una velocidad de 1,11 m/s se obtiene
ahora un Re de 10390. Un cambio demasiado drástico.
OBSERVACIONES:
No hubo imprevistos importantes en el desarrollo de esta práctica, se llevó a cabo de
forma adecuada. El único posible inconveniente fue que, debido a los cambios de color
de tinta y el constante uso de la misma manguera, la perforación debida a la inyección de
tinta se hizo un poco más grande y empezaba a generar burbujas de aire, a pesar de ello
se tomaron medidas y cada vez que se buscaba empezar a medir los flujos volumétricos
esperábamos hasta que toda burbuja de aire desapareciera. Otra observación es que
realizamos el experimento a tres alturas diferentes para comparar si el cambio de altura
afectaba al número de Reynolds y no obtener errores debido a ello, pudimos comprobar
que no afectaba de forma significativa, pero al realizar la medición al nivel de la mesa
pudo haber errores de paralaje al leer el volumen del vaso de precipitados y eso nos lleva
a obtener tiempos inexactos. A pesar de haber sido un experimento realizado de manera
muy sencilla se pudo observar y evidenciar por medio de videos la obtención de los
diferentes tipos de flujo.
FUENTES DE INFORMACIÓN:
Libros:
- Mott, Robert L. (1996). Mecánica de fluidos aplicada. Editorial Pearson. Cuarta
Edición. México. Pág. 238.
- Potter, Merle & Wiggert, David. (). Mecánica de Fluidos. Editorial Thomson.
Tercera Edición. México.
Internet:
- Torres, Jesús. Dinámica de Fluidos. Fragmento sustraído de artículo. Consultado
el 10 de Febrero del 2015 en: http://www.ugr.es/~jtorres/t7.pdf
- Número de Reynolds. Consultado el 10 de Febrero del 2015 en:
http://www.valvias.com/numero-de-reynolds.php