Qué es el número de Reynolds
El número de Reynolds (Re) compara las fuerzas de inercia de un fluido en movimiento con sus fuerzas viscosas. Es adimensional y es el dato que decide si un flujo será laminar (ordenado, en capas) o turbulento (con remolinos y mezcla). De él dependen el factor de fricción, las pérdidas de carga, la transferencia de calor y la elección de las correlaciones de diseño.
Re = ρ × v × D / μ = v × D / ν
- ρ: densidad del fluido (kg/m³).
- v: velocidad media del flujo (m/s). En una tubería llena es el caudal dividido entre el área de la sección.
- D: longitud característica (m). En tuberías circulares, el diámetro interior.
- μ: viscosidad dinámica (Pa·s).
- ν: viscosidad cinemática (m²/s), que es μ / ρ.
Si conoces la viscosidad cinemática no necesitas la densidad: por eso la calculadora te deja elegir qué dato tienes.
Régimen de flujo en tuberías
Para flujo interno en tuberías circulares se usan habitualmente estos límites:
- Re < 2300: flujo laminar.
- 2300 ≤ Re ≤ 4000: transición. El flujo es inestable y depende de perturbaciones, rugosidad y condiciones de entrada.
- Re > 4000: flujo turbulento.
Estos valores son orientativos. En laboratorio, con tuberías muy lisas y sin perturbaciones, se ha mantenido flujo laminar con números de Reynolds mucho mayores. Para otras geometrías, como una placa plana, flujo alrededor de una esfera o canales abiertos, los límites son distintos y la longitud característica se define de otra manera.
Unidades
Cada dato admite varias unidades: densidad en kg/m³, g/cm³ o lb/ft³; velocidad en m/s, km/h o ft/s; diámetro en mm, cm, m, pulgadas o pies; viscosidad dinámica en mPa·s, cP, Pa·s o P, y cinemática en mm²/s, cSt, m²/s o St. Todo se convierte al Sistema Internacional antes de calcular, con factores exactos, así que el resultado es el mismo en cualquier combinación. Recuerda que 1 cP = 1 mPa·s y 1 cSt = 1 mm²/s.
Valores de referencia
| Fluido (20 °C) | Densidad | Viscosidad dinámica | Viscosidad cinemática |
|---|---|---|---|
| Agua | 998,2 kg/m³ | 1,002 mPa·s | 1,004 mm²/s |
| Aire (1 atm) | 1,204 kg/m³ | 0,01825 mPa·s | 15,16 mm²/s |
La viscosidad depende mucho de la temperatura (la del agua a 80 °C es casi un tercio que a 20 °C), así que usa siempre datos a la temperatura de trabajo.
Ejemplos resueltos
Agua a 20 °C a 1,5 m/s en una tubería de 50 mm
- Dato de viscosidad disponible
- Dinámica (μ)
- Densidad del fluido (ρ)
- 998,2 kg/m³
- Velocidad media (v)
- 1,5 m/s
- Diámetro interior o longitud característica (D)
- 50 mm
- Viscosidad dinámica (μ)
- 1,002 mPa·s
- Número de Reynolds
- 74.716
- Régimen en tubería
- Turbulento
Aceite (ν = 100 cSt) a 0,5 m/s en una tubería de 2 pulgadas
- Dato de viscosidad disponible
- Cinemática (ν)
- Velocidad media (v)
- 0,5 m/s
- Diámetro interior o longitud característica (D)
- 2 in
- Viscosidad cinemática (ν)
- 100 cSt
- Número de Reynolds
- 254
- Régimen en tubería
- Laminar
Preguntas frecuentes
¿Qué diámetro uso en una tubería?
El diámetro interior, no el nominal ni el exterior. En tuberías comerciales el diámetro interior depende del espesor de pared (el schedule o la serie), y usar el nominal puede introducir errores apreciables en tubos pequeños.
¿Y si la sección no es circular?
Usa el diámetro hidráulico: Dh = 4 × área / perímetro mojado. Para un conducto cuadrado de lado a, Dh = a. Los límites de transición son aproximadamente los mismos, aunque las correlaciones de fricción cambian.
¿Cómo calculo la velocidad a partir del caudal?
Divide el caudal volumétrico entre el área interior: v = Q / (π × D² / 4). Por ejemplo, 3 L/s (0,003 m³/s) en una tubería de 50 mm dan v = 0,003 / 0,0019635 ≈ 1,53 m/s.
¿Por qué importa si el flujo es laminar o turbulento?
Porque cambia cómo se calculan las pérdidas de carga. En régimen laminar el factor de fricción es 64 / Re; en régimen turbulento depende también de la rugosidad relativa y se obtiene con la ecuación de Colebrook o el diagrama de Moody.
Fuentes
- F. M. White, Fluid Mechanics, cap. 6 (flujo viscoso en conductos)
- Y. A. Çengel y J. M. Cimbala, Mecánica de fluidos: fundamentos y aplicaciones, cap. 8