Regando gracias al Número de Reynolds

Hace ya algunos años y hablando con un profesor de cierta universidad (mejor decir el pecado sin citar al pecador); me sorprendió una afirmación de este. Me sorprendió porque dijo que en su universidad se hacía mucho hincapié en que era preciso investigar (lo que me parece muy correcto); pero que a él (al profesor); eso le parecía una tontería porque en su opinión ya todo estaba investigado. Esto fue lo que me sorprendió. Lo hubiese encontrado correcto dicho por alguno de los labradores de mi pueblo, que no tuvieron oportunidad casi ni de ir a la escuela del lugar; pero dicho por todo un profesor universitario me pareció sencillamente inaceptable. La realidad es que por mucho y bien que conozcamos el Mundo que nos rodea, siempre hay más y más que averiguar. El Universo parece infinito y aunque así no fuere, aquí en La Tierra hay fenómenos que aunque parecen perfectamente conocidos en todos sus detalles, no lo son así en la realidad. Veamos uno que es de los más familiares: el movimiento del agua.

A primera vista el agua en tuberías y canales se mueve como una masa compacta y continua; algo así como lo hace un tren por la vía. Sin embargo, la realidad es que el agua está formada por diminutas partículas (moléculas) y su movimiento se parece más al de un chorro de granos de cereal (todos hemos visto alguna vez lo que ocurre cuando se rompe un saco de centeno, por ejemplo), que al de un tren. El agua no se mueve como una masa compacta y uniforme. Cada una de sus partículas tiene un movimiento independiente. Hay partículas de agua (“granos”) que rozan contra las paredes de un canal o que rozan incluso entre si. En consecuencia, en un canal por ejemplo la velocidad del agua es máxima en el centro y cerca de su superficie es decir donde no hay rozamiento con las paredes, ni con el fondo ni siquiera con la atmósfera.

Al analizar el hecho de que el agua se comporta como un conjunto de granos, se comprobó que estos “granos de agua” se pueden desplazar de dos modos diferentes. En unos casos se mueven siguiendo trazas paralelas, como los automóviles de una autovía de varios carriles pero sin cambiar de carril. En este caso se dice que el flujo es laminar. En el flujo laminar las partículas que se mueven por el centro de la tubería, llevan mucha más velocidad que las que están en los bordes justamente porque rozan contra esos bordes. En otros casos sin embargo las trayectorias no son paralelas y se cruzan unas con otras, de modo que una partícula de agua que está en un momento circulando por el centro de la tubería, luego se puede desplazar a los bordes y al contrario. Es como si se circulase con pequeños “remolinos”. Es lo que se conoce como un flujo turbulento.

EL SEÑOR REYNOLDS

En el siglo XIX un tipo de nombre Osborne Reynolds (británico de Irlanda del Norte), tuvo la ocurrencia de estudiar a fondo esta cuestión. Gracias a sus estudios hoy día en los libros sobre mecánica de fluidos e hidráulica se cita y se explica en mayor o menor medida el llamado Número de Reynolds, en su honor. Este es un número concreto que adquiere diferentes valores en función de las características del flujo de los fluidos, entre estos el agua. ¿Qué factores influyen para que el flujo de agua sea laminar o turbulento? Pues básicamente las fuerzas de rozamiento de las partículas de agua entre si y también con las paredes de la tubería por la que circula.

A medida que aumenta la velocidad del fluido (puede ser agua u otro) o el tamaño de la tubería o el peso la probabilidad de que el flujo sea turbulento es mayor. Por otra parte a medida que el rozamiento entre las partículas del fluido aumenta (lo que tiene directa relación con la viscosidad del fluido), la posibilidad de que el flujo sea turbulento se aleja. Para que el flujo sea turbulento, lo que interesa es que el rozamiento de unas partículas de agua con otras sea cuanto menos mejor. El número de Reynolds se halla multiplicando la velocidad del fluido, por el diámetro de la tubería y por la densidad y dividiendo el resultado por la viscosidad.

La experiencia ha mostrado que en tuberías y por lo general cuando el número de Reynolds es de 2.000 o superior el flujo se hace turbulento. En cualquier estudio serio sobre conducciones de agua o cualquier otro fluido es esencial conocer el número de Reynolds. Así las cosas, viene ahora la gran cuestión que cualquier ciudadano corriente plantear. ¿Para que sirve todo esto?. Pues ahora lo explico.

AGUA PARA REGAR

Es muy común que para regar hasta las más pequeñas huertas, se recurra a almacenar agua en un depósito (o a captarla de un río o arroyo) y que después esta sea conducida mediante tuberías a su lugar de destino. Ahora bien, en estos casos hay un dato que resulta esencial y no es otro que el caudal de agua que podamos obtener al final de la tubería; es decir en las huertas. Pues bien resulta que para poder conocer este dato, es imprescindible saber entre otros datos lo que se conoce como pérdida de carga hidráulica, que tiene directa relación con el rozamiento de las partículas de agua entre si y también con las paredes de la tubería; es decir con el número de Reynols. Las pérdidas de carga que tienen importancia decisiva para saber el caudal de agua que llega a las huertas, sólo se pueden calcular correctamente si sabemos el número de Reynolds. Yo entiendo que estas son mayores en régimen turbulento que en régimen laminar. Claro que en algunos casos quizá compense buscar un flujo turbulento; pero esta es otra cuestión. Lo importante es que esos estudios que hizo un británico allá por el siglo XIX, sirven hoy día para mejorar los sistemas de riego de todo el mundo. El número de Reynolds también se emplea en el caso de estudios hidráulicos referidos a canales para el riego.

Lógicamente todo lo que acabo de señalar son cuestiones que sólo ahora (y muy tímidamente); se empiezan a conocer de modo habitual en los pueblos. Espero que estos artículos contribuyan a ello. En mi pueblo hasta los años 80 del siglo pasado, existía una presa de riego que en un punto dado se bifurcaba en dos, con la condición eso si de que cada de ellas condujese el mismo caudal de agua. Tanto antes como después de la bifurcación las presas estaban hechas en tierra, sin ningún tipo de revestimiento con lo cual para saber si el reparto era igual no había más remedio que estimarlo a ojo y punto. Como el caudal es igual al resultado de multiplicar la velocidad del agua por la sección, había que dar por hecho que la sección de las presas tras la bifurcación era la misma y no sólo esto también otros varios datos más. La sección al menos a simple vista podía parecer la misma; así pues sólo quedaba saber la velocidad.

Los regantes para comprobar que el agua estuviese repartida en dos caudales iguales; (velocidad), se limitaban a dejar flotando por la presa de riego antes de la bifurcación pequeñas hierbas y observando para que parte iban estas en la bifurcación. Es un método de cálculo “casero” que sin embargo no tenía para nada en cuenta el hecho de que la velocidad del agua en la presa no es uniforme; ni antes ni después de la bifurcación. No es obviamente correcto. Por todo ello es evidente que si se hubiesen tenido unos conocimientos elementales de hidráulica, hubiesen sido conscientes de que ese método de las hierbas flotantes era poco menos que absurdo pese a ser el que se utilizó siempre.

Finalizo indicando que la imagen que adjunto del Sr. Osborne Reynolds, está tomada de una página de la Red, (es.wikipedia.org). Seguramente a muchos de los labradores no les suena esta cara; (a mí tampoco); pero gracias a sus investigaciones el riego de las fincas se pueda mejorar notablemente.

Rogelio Meléndez Tercero

 

 

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