home
sabelotodo
logo
entrar
comentario
colaborar

Flujo laminar y turbulento


Cuando un fluido real circula por un tubo, lo hace con una determinada velocidad que dependerá de la presión que está empujándolo, del diámetro del tubo por donde circula, de la viscosidad del fluido, de la longitud del tubo y en cierta medida además, de la rugosidad de la pared interior.

Muchos habrán notado que por ejemplo, si hacemos un agujero a un recipiente con líquido, la velocidad del chorro de salida dependerá de cuan lleno esté el recipiente (a más llenado mayor presión de empuje), de manera que a más nivel más rápido y a menos nivel mas lento. Esta situación nos indica la influencia de la presión estática de la columna de líquido. También se habrá dado usted cuenta que si el recipiente está lleno de aceite (más viscoso) este saldrá más lento que si, por ejemplo, está lleno de agua, lo que significa que a mayor viscosidad menor es la velocidad del flujo. Por último, quién no ha cerrado con el dedo parcialmente la punta de una manguera de jardín, para hacer que el agua salga con más velocidad y así alcanzar mayor distancia, no cabe duda, a medida que disminuye el diámetro del orificio de salida mayor es la velocidad. Si ha sido observador también habrá notado que el agua sale más rápido si la manguera es muy corta, y más lenta si la manguera es muy larga.

Cambiar la rugosidad interior de la manguera no puede hacerse en un experimento simple como el que hemos descrito, pero en los ensayos de laboratorio se ha demostrado que la resistencia al flujo, y con ello la caída de la velocidad es mayor cuando el conducto tiene un acabado superficial más tosco en su interior.

La relación entre la velocidad, la presión, y la densidad del fluido se establece en la ecuación de Bernoulli, asumiendo un grupo de consideraciones teóricas ideales, entre las que está considerar el fluido desprovisto de viscosidad.

Un científico de apellido Reynolds,estudioso de los fluidos, estableció una relación en la que intervienen factores reales, de manera que para un flujo determinado si se resuelve la relación con los valores del proceso en cuestión, se habrá obtenido un parámetro adimensional conocido como Número de Reynolds, que sirve para caracterizar la naturaleza del flujo:

Re = vL(ρ/η)

Donde ρ es la densidad del fluido; v es su velocidad; L la longitud asociada con el flujo, tal como el diámetro del tubo para un flujo dentro de un tubo; y η es el coeficiente de viscosidad del fluido.


Reynolds, también determinó que hay un rango de valores de este número, que está entre 2000 y 3000, con independencia del tipo de fluido, donde se produce un cambio notable de la forma de la corriente, y denominó, “Laminar” cuando las condiciones del flujo dan un número menor y “Turbulenta” a las que dan un número mayor de este valor fijo.

Para hacer comprensible estos conceptos volvamos a la manguera de jardín, si dejamos abierta completamente la salida de la manguera, el agua saldrá en un chorro con una forma cilíndrica bien definida como “pensando” que está aún dentro de la manguera y todas las partículas de agua que conforman el chorro, marchan de forma paralela en la misma dirección (hacia adelante). Estamos en presencia de un flujo laminar, llamado así por que si dividimos el chorro en hipotéticas corrientes muy estrechas (lineas de corriente), todas las lineas de corriente fluirán de forma paralela hasta el final del camino.

Pongamos ahora el dedo tapando parcialmente la salida de la manguera, veremos que aumenta la velocidad (y con ello el Número de Reynolds), primeramente, si tapamos poco, el chorro saldrá aun bien definido, de tipo laminar, pero si seguimos cerrando, llegaremos a un momento donde el chorro pierde la forma definida y empiezan a separarse partes del agua transversales al chorro, ya las partículas no marchan paralelas. El chorro se ha hecho turbulento.

Cuando la velocidad del fluido se eleva notablemente (y con ella el Número de Reynold), la turbulencia puede ser tal, que el chorro se divide totalmente en pequeñas gotas que se expanden formando un cono, con eso habremos logrado un aerosol por turbulencia.

Observe que en los aerosoles comerciales de pintar, se utiliza un recipiente cargado a gran presión, un agujero de salida muy pequeño y la pintura bien diluida a fin de lograr elevada velocidad de salida por el agujero y así obtener un Número de Reynolds elevado al máximo (enorme turbulencia).



Tema relacionado Ley de Poiseuille

Otros temas sobre fluidos aquí.
Para ir al índice general del portal aquí.

br>