el número de Reynolds es un parámetro de similitud adimensional para describir un flujo forzado, por ejemplo, si se trata de un flujo alminar o turbulento. Obtenga más información al respecto en este artículo.

Este artículo proporciona respuestas a las siguientes preguntas, entre otras:

• ¿Qué es un flujo laminar o turbulento?
• ¿Cuál es el significado del número de Reynolds en la práctica?
• ¿De qué número de Reynolds se puede suponer un flujo turbulento?
• ¿En qué casos pueden ser ventajosos los flujos turbulentos?,

flujo laminar y turbulento

La definición de viscosidad implica que el movimiento del fluido se puede dividir en capas individuales que se desplazan entre sí. Tal flujo en capas también se llama flujo laminar. Si uno imagina en el pensamiento partículas sin masa que uno introduce en tal flujo, entonces éstas se moverían a lo largo de caminos rectos con el flujo. Estas rutas de flujo imaginarias también se llaman líneas de flujo.

Las líneas de flujo son rutas de flujo imaginarias en las que las partículas sin masa se moverían en un fluido!,

a altas velocidades de flujo, sin embargo, la turbulencia ocurre en los fluidos, por lo que el flujo laminar ya no ocurre. En este caso se habla de un flujo turbulento. El flujo turbulento es causado por perturbaciones en el flujo bien ordenado, que siempre están presentes. Sin embargo, estas perturbaciones pueden ser compensadas hasta cierto punto por una cohesión interna relativamente fuerte del fluido, de modo que el flujo permanece laminar.,

a altas velocidades de flujo, sin embargo, las fuerzas de inercia de las partículas de fluido son tan grandes que las perturbaciones ya no pueden ser compensadas por las fuerzas de cohesión. Se forman flujos cruzados, que interfieren con el flujo principal y por lo tanto conducen a la formación de vórtices. La velocidad de flujo a la que se generan tales vórtices o turbulencias está determinada por la viscosidad cinemática., Después de todo, una alta viscosidad cinemática significa una cohesión interna relativamente fuerte del fluido, que es capaz de compensar las perturbaciones.

número de Reynolds

el tipo de flujo (es decir, si laminar o turbulento) está determinado por la relación de inercia y viscosidad del fluido. Esta relación se expresa por el llamado número de Reynolds \(Re\). Se determina por la velocidad de flujo (Media) \(v\) y la viscosidad cinemática \(\nu\) del fluido. Por otro lado, el número de Reynolds está determinado por la dimensión espacial del flujo., En el caso de una tubería, este es el diámetro de la tubería \(d\). En este contexto se habla generalmente de la llamada longitud característica.

dado que la viscosidad cinemática está relacionada con la viscosidad dinámica por densidad, el número de Reynolds también se puede expresar en términos de Viscosidad dinámica \(\eta\):

\begin{align}
&\boxed{Re:= \frac{v \cdot d}{\nu} = \frac{v \cdot d \cdot \rho}{\eta} } ~~~\text{número de Reynolds} ~~~~~ =1 \\
\end{align}

El número de Reynolds es un parámetro de similitud adimensional para describir los procesos de flujo para flujos forzados., Solo si los números de Reynolds son idénticos, se obtienen procesos de flujo físicamente similares independientemente del tamaño del sistema.

el número de Reynolds es muy importante para todo tipo de flujos. En la industria química, por ejemplo, las sustancias gaseosas y líquidas se bombean muy a menudo a través de tuberías. Sin embargo, antes de que las plantas químicas se construyan a escala real, primero se prueban o investigan a menor escala (por ejemplo, en un laboratorio o planta piloto). Para obtener el mismo o «similar» comportamiento de flujo que más adelante en la escala real, el número de Reynolds debe ser el mismo en todas las escalas., Por lo tanto, el número de Reynolds se determina a pequeña escala y luego se aplica a la escala real.

el número de Reynolds también es muy importante para las pruebas de modelos en túneles de viento o canales de agua. Aquí, también, se aplica lo siguiente: solo si los números de Reynolds en el experimento del modelo corresponden a los números reales de Reynolds se pueden obtener resultados válidos en el experimento del modelo que se pueden transferir a la realidad., En el caso de objetos alrededor de los cuales se produce el flujo, la longitud característica \(L\) para calcular el número de Reynolds corresponde a la longitud del objeto en la dirección del flujo:

\begin{align}
&\boxed{Re= \frac{v \cdot l}{\nu} = \frac{v \cdot L \cdot \rho}{\eta} } \\
\end{align}

número de Reynolds para recipientes agitados

en química, los flujos en tanques agitados, que se generan al mezclar líquidos con una paleta, también son de gran importancia. El tipo de flujo que se produce depende de la velocidad con la que la paleta se mueve a través del líquido.,

el punto de referencia para la velocidad es la parte más externa de la paleta. Por lo tanto, esta velocidad depende del diámetro \(D\) y la frecuencia \(f\) de la paleta giratoria (\(V\sim D \cdot f\)). Incluso si esta no es la velocidad de flujo real del fluido, por razones prácticas esta velocidad todavía se utiliza como velocidad de flujo para definir un número de Reynolds., En este caso particular de recipientes agitados, el número de Reynolds \(Re_{\text{R}}\) se determina de la siguiente manera (la frecuencia se debe dar en la unidad de revolución por segundo):

números críticos de Reynolds (transición de flujo laminar a flujo turbulento)

la transición de flujo laminar a flujo turbulento se ha estudiado empíricamente para diferentes tipos de flujos. Para los flujos en tuberías, una transición de flujo laminar a turbulento tiene lugar en los números de Reynolds alrededor de 2300. Esto también se llama el número crítico de Reynolds., La transición de flujo laminar a turbulento puede variar hasta números de Reynolds de 10,000.

El número crítico de Reynolds es el número de Reynolds en el que se espera que un flujo laminar cambie a un flujo turbulento!

Cuando un fluido fluye sobre una placa plana, se espera un flujo turbulento si los números de Reynolds son mayores que 100,000. En recipientes agitados, los números críticos de Reynolds son alrededor de 10,000., En este caso, los flujos turbulentos no tienen por qué ser una desventaja, sino que contribuyen esencialmente a una mezcla rápida.

sin embargo, en el caso de vehículos o aviones, los flujos turbulentos son generalmente desventajosos, ya que en última instancia significan que la energía se disipa. Es por eso que estos objetos deben diseñarse racionalizados, para que no surjan turbulencias.

números típicos de Reynolds para flujos de tuberías

en ingeniería, a menudo tratamos con flujos a través de tuberías. Piense por ejemplo en tuberías de agua o tuberías de gas en edificios. En tales tuberías, las velocidades de flujo en el caso del agua son del orden de 1 m/s., El diámetro interior de las tuberías de agua es de aproximadamente 20 mm. con una viscosidad dinámica del agua de 1 MPa (segundo milipascal) y una densidad de 1000 kg/m3, ¡ya se obtienen números de Reynolds del orden de 20.000!

se obtienen resultados similares para tuberías de gas natural con un diámetro de, por ejemplo, 50 mm y una velocidad de flujo de 5 m/s. Con una densidad de 0,7 kg/m3 y una viscosidad dinámica de 11 µPas, se obtienen números de Reynolds de 15.000. Estos ejemplos muestran que los flujos turbulentos de tuberías ocurren con mucha más frecuencia en la práctica técnica que los flujos laminares.