El documento describe las leyes básicas de los sistemas de flujo, incluido el número de Reynolds, el cual indica el régimen de flujo de un fluido. Explica que el flujo laminar ocurre a bajas velocidades y números de Reynolds, mientras que el flujo turbulento ocurre a altas velocidades. Finalmente, resume que Osborne Reynolds estableció el número de Reynolds para caracterizar si el flujo es laminar o turbulento, dependiendo del balance entre las fuerzas de inercia y viscosidad.

1. INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
SANTIAGO MARIÑO
EXTENSION BARINAS
Introducción a los Fenómenos de Transporte
Electiva III
LEYES BASICAS PARA UN SISTEMA
POR
TSU LEONEL QUINTERO
C.I. 11164618

2. Leyes Básicas para un Sistema
NUMERO DE REYNOLDS
El número de Reynolds es quizá uno de los números adimensionales más utilizados.
La importancia radica en que nos habla del régimen con que fluye un fluido, lo que es
fundamental para el estudio del mismo. Si bien la operación unitaria estudiada no
resulta particularmente atractiva, el estudio del número de Reynolds y con ello la forma en
que fluye un fluido son sumamente importantes tanto a nivel experimental, como a nivel
industrial. A lo largo de esta práctica se estudia el número de Reynolds, así como los
efectos de la velocidad en el régimen de flujo. Los resultados obtenidos no solamente
son satisfactorios, sino que denotan una hábil metodología experimental.
CARACTERÍSTICAS
Condicionen el flujo laminar dependen de las propiedades del líquido y de las
dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo másico aumenta las fuerzas del momento
o inercia, las cuales son contrarrestadas por la por la fricción o fuerzas viscosas dentro del
líquido que fluye. Cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se producen
cambios en las características del flujo. En base a los experimentos realizados por Reynolds
en 1874 se concluyó que las fuerzas del momento son función de la densidad, del diámetro
de la tubería y de la velocidad media. Además, la fricción o fuerza viscosa depende de la
viscosidad del líquido. Según dicho análisis, el Número de Reynolds se definió como la
relación existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).
APLICACIÓN
Reynolds, en 1881, realizó experiencias que le permitieron definir y cuantificar, a
través del número que lleva su nombre, la forma en que escurre un fluido. Las experiencias
consistieron en hacer escurrir un caudal de agua variable a voluntad a través de un tubo
cilíndrico horizontal de vidrio transparente. Lograba visualizar un filamento mediante la
inyección de un colorante a través de una aguja inyectora, colocada en el abocina miento de
entrada del tubo. Observó que para pequeños caudales (consecuentemente bajas velocidades)
con el mismo líquido y el mismo tubo (viscosidad y diámetro del tubo constantes) el cambio
de régimen se producía a velocidades tanto más altas cuanto más altas fueran las viscosidades
cinemáticas de los fluidos empleados. Esto le permitió a Reynolds definir el número
adimensional que lleva su nombre, que gobierna el proceso y que para tubos cilíndricos se
expresa:

3. FLUJO LAMINAR
Se define como aquel en que el fluido se mueve en capas o láminas, deslizándose
suavemente unas sobre otras y existiendo sólo intercambio de molecular entre ellas.
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.
El Número de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del flujo, es decir, si se trata de un
flujo laminar o de un flujo turbulento, además, indica la importancia relativa de la tendencia
del flujo hacia un régimen turbulento respecto de uno laminar y la posición relativa de este
estado dentro de una longitud determinada.
Reynolds estudió dos escurrimientos geométricamente idénticos, de esto pudo
concluir que dichos flujos serian dinámicamente semejantes si las ecuaciones diferenciales
que describían a cada uno estos eran idénticas.
Dos escurrimientos son dinámicamente semejantes cuando:
 Ambos sistemas son geométricamente semejantes, es decir, cuando se tiene una
relación constante entre dimensiones de longitudes correspondientes.
 Las correspondientes familias de líneas de corriente son geométricamente semejantes
o las presiones en puntos correspondientes forman una relación constante.
Al cambiar las unidades de mas, longitud y tiempo en un grupo de ecuaciones y al
determinar las condiciones necesarias para hacerlas idénticas a las originales, Reynolds
encontró que el parámetro adimensional ÞDv/u debía ser igual en ambos casos. En este
parámetro v es la velocidad característica, D es el diámetro de la tubería, Þ es la densidad del
fluido y u es su viscosidad. Este parámetro se conoce como numero de Reynolds (R).
Cuando las fuerzas de inercia del fluido en movimiento son muy bajas, la viscosidad
es la fuerza dominante y el flujo es laminar. Cuando predominan las fuerzas de inercia el
flujo es turbulento. Osborne Reynolds estableció una relación que permite establecer el tipo
de flujo que posee un determinado problema.

4. RÉGIMEN LAMINAR Y RÉGIMEN TURBULENTO
Cuando un fluido circula por una tubería lo puede hacer en régimen laminar o en
régimen turbulento. La diferencia entre estos dos regímenes se encuentra en el
comportamiento de las partículas fluidas, que a su vez depende del balance entre las fuerzas
de inercia y las fuerzas viscosas o de rozamiento. Como se verá posteriormente, el número
de Reynolds es el parámetro que expresa la relación entre las fuerzas de inercia y las viscosas
en el interior de una corriente, por lo que el régimen hidráulico va a depender de su valor.
Para fluidos no ideales la ecuación de Bernoulli toma la forma
Régimen laminar: las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de trayectorias
uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido, dirección y magnitud. Suele presentarse
en los extremos finales de los laterales de riego y en micro tubos de riego. En tuberías de
sección circular, si hacemos un corte transversal, las capas de igual velocidad se disponen de
forma concéntrica, con v > 0 junto a las paredes de la tubería y velocidad máxima en el
centro. Corresponde el régimen laminar a bajos valores del número de Reynolds y suele darse
a pequeñas velocidades, en tubos con pequeño diámetro y con fluidos muy viscosos (aceites).
En estas condiciones, las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia.
Régimen turbulento: las partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas,
desordenadas, con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del flujo, y por
tanto el número de Reynolds, la tendencia al desorden crece. Ninguna capa de fluido avanza
más rápido que las demás, y sólo existe un fuerte gradiente de velocidad en las proximidades
de las paredes de la tubería, ya que las partículas en contacto con la pared han de tener
forzosamente velocidad nula.