Fundamentos del Experimento de Reynolds y Propiedades de los Fluidos
Experimento de Reynolds y Pérdidas de Carga
Vamos a cuantificar las pérdidas que se producen entre un punto y otro de la tubería. El primero que se dio cuenta de que existían pérdidas fue Reynolds, quien realizó el siguiente experimento:
- Tomó un tramo de tubería e introdujo en dos secciones piezómetros a una distancia L.
- Introdujo progresivamente un colorante en la tubería a la vez que modificaba el caudal mediante un grifo y observó lo siguiente:
Para caudales pequeños, el colorante se veía como un líquido ordenado (régimen laminar). Finalmente, observó que el colorante se mezclaba turbulentamente con el agua (régimen turbulento), donde Fi > Fv. Además, observó que con el régimen laminar, la diferencia de altura entre piezómetros es menor.
Número de Reynolds
El Número de Reynolds es un número adimensional que viene dado en tuberías circulares en flujo a tubería llena. Define el régimen de flujo que se tiene en la tubería.
Instrumentos de Medición: El Piezómetro y Manómetros
Piezómetro: Es un instrumento o manómetro para medir la presión. Es el más sencillo y sirve para medir la altura piezométrica (z + p/γ).
Las ecuaciones relacionadas son: P1 = γ × h + Patm; P2 = γ × h; P1 = P2 = P3; P1/γ = h + Pa/γ.
Si las presiones son muy altas (20-30 mca), se suele utilizar un fluido auxiliar y, si no conocemos inicialmente la cota del tanque, el fluido auxiliar debe ser de mayor densidad que el agua, como el mercurio.
Tipos de Manómetros
- Manómetro mecánico: Más manejable, pero hay que calibrarlo.
- Manómetro de agua: Más fiable, pero hay que quitarle el aire.
- Manómetro-vacuómetro: Mide presiones relativas.
- Manómetro diferencial: Mide diferencias de alturas piezométricas.
Propiedades de los Fluidos
- Masa (m): Cantidad de materia que contiene un cuerpo.
- Peso (Fg): Fuerza con la que la Tierra atrae al cuerpo (Fg = m × g).
- Densidad: La masa contenida en la unidad de volumen (agua pura a presión atmosférica y 4ºC).
- Peso específico (γ): El peso de la unidad de volumen de esa materia (γ = g × densidad).
- Densidad relativa.
- Viscosidad: Caracteriza el rozamiento interno entre partículas vecinas cuando se aplica una fuerza.
Concepto de Energía Superficial
Es la energía a aportar por unidad de área para separar unas moléculas de otras, debido a la existencia de una atracción molecular de carácter electroquímico en los fluidos que originan la cohesión entre moléculas muy próximas.