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• Karen Soto

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Flujo Viscoso en conductos Este capítulo está dedicado a un problema práctico importante de la ingeniería de fluidos, el cual, es: el flujo en conductos con distintos fluidos, velocidades y geometrías. Los sistemas de tuberías se encuentran en casi cualquier diseño ingenieril y por eso han sido estudiados extensamente.

6.1 REGÍMENES EN FUNCIÓN DEL NÚMERO DE REYNOLDS Aún no existe un análisis general del movimiento de los fluidos y quizá no la haya nunca. La razón es que a moderados números de Reynolds se produce un cambio profundo y complicado en el comportamiento de los flujos. El movimiento deja de suave y ordenado (laminar) y se convierte en fluctuante y agitado (turbulento). Este proceso de cambio se denomina transición a la turbulencia. (a) Si el flujo es laminar, puede haber perturbaciones naturales ocasionales que se amortiguan rápidamente. (b) Cuando se inicia la transición aparecen brotes de fluctuaciones turbulentas a medida que aumenta el número de Reynolds, debido a la inestabilidad del movimiento laminar. (c) A Re suficientemente altos el flujo fluctúa permanentemente y se denomina totalmente turbulento.

(a) Laminar a bajos Re Turbulento a altos Re

(b) Transición a Re intermedios

(c)

En los flujos con superficie libre la turbulencia puede observarse directamente. La siguiente figura muestra un flujo saliendo a velocidad constante de una tubería. (a) A bajo número de Reynolds es suave y laminar, y el flujo rápido del centro y el flujo lento de las paredes forman dos trayectorias diferentes. (b) A alto número de Reynolds es no estacionario, irregular y turbulento, pero cuando se promedia en el tiempo resulta estacionario y predecible.

(a)

Flujo laminar (b) Flujo turbulento

ℜ≈ 2300 , se comienzan a formar ráfagas turbulentas de gran

A

intensidad, las cuales, tienen una parte delantera que se mueve con mayor velocidad y una parte posterior más lenta. Esto puede visualizarse mediante experimentos en tubos de cristal en la siguiente figura: (a) y (b) cerca de la entrada hay una entrefase irregular que separa el flujo laminar y el turbulento, y se pueden observar torbellinos enrollándose. (c) Aguas abajo la ráfaga se hace totalmente turbulenta y activa, y se observan movimientos helicoidales. (d) Lejos aguas abajo la ráfaga tiene forma de cono y es menos activa.

Definiendo el número de Reynolds como:

ℜ=

UL V , donde U es la velocidad

media, L es el ancho o longitud característica transversal y v la viscosidad cinemática; podemos encontrar los siguientes comportamientos:

0< ℜ< 1 : Movimiento laminar lento altamente viscoso. 1< ℜ