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Conceptos de
flujos
de
fluidos
Como se vio anteriormente, la estática de fluidos se refiere al comportamiento y condiciones en las que los líquidos no se mueven. El movimiento de fluidos involucra una nueva cantidad de conceptos y definiciones que se presentan solamente si el flujo existe (flujo = fluido en movimiento).
1.1 1.1. 1.1.1 1
El
flujo
se puede clasificar en:
Turbu urbule lent nto o
Estas situaciones son las más usuales y se presentan en la vida diaria prácticamente en todos los flujos (el flujo laminar inar de hecho hecho es una una cond condici ición ón casi de laborat laborato orio). rio). En
este flujo, las partículas del fluido se mueven en trayectorias muy irregulares que causan un intercambio constante de cantidades de movimiento de una proción de fluido a otra sean éstas grandes o pequeñas, grandes como un torbellino en el océano o pequeñas como el vaciado del fregadero. En una condición de flujo turbulento, los esfuerzos cortantes desordenados y muy presentes, causan irreversibilidades o pérdidas de energía en el fluido y éstas varían en proporción directa a la velocidad del mismo. En el caso laminar varían con la primera potencia de la velocidad
1.1.2
Laminar
En este flujo, las partículas se mueven a lo largo de trayectorias suaves en láminas o capas deslizándose unas sobre otras con esfuerzos cortantes limitados y predecibles. Este flujo es descrito por la ley de viscosidad de Newton que relaciona el esfuerzo cortante a la velocidad angular
de deformación. En el flujo laminar, la acción de la viscosidad amortigua las tendencias a la turbulencia y no es estable en situaciones en las condiciones que combinan baja viscosidad con alta velocidad y gran volumen.
1.1.3
Real
La capa de fluido en el área inmediata a la frontera de un flujo real que ha visto afectada su velocidad relativa a la frontera por un corte viscoso se llama capa límite y éstas pueden ser laminares o turbulentas, dependiendo generalmente de su longitud, viscosidad y la velocidad de flujo cerca de ellas así como de la aspereza de la super ficie.
1.1.4
Ideal
Un fluido ideal, no tiene fricción en niguna parte, ni en la capa límite ni entre sus partículas, es incompresible y
no debe confundirse con el concepto de gas ideal. La suposición del fluido ideal es útil en el análisis de situaciones de flujo de grandes extensiones como en el movimiento de un avión o un vehículo submarino ya que un fluido sin fricción no es viscoso y sus procesos por lo tanto son reversibles.
1.1.5
El
flujo
Adiabático
es aquel en el que no hay transferencia de calor desde el fluido o hacia este. El flujo adiabático reversible se denomina isentrópico (entropía constante).
1.1.6
Flujo a régimen permanente
ocurre cuando las condiciones del fluido en cualquier punto no cambian con el tiempo, es decir, si las condiciones de
un flujo son velocidad y dirección determinadas en régimen permanente, éstas no cambian y se mantienen indefinidamente (¿?), esto puede expresarse por ∂v ∂t = 0 en el espacio de coordenadas correspondiente, asimismo, en flujo a régimen permanente no hay cambio en otros parámetros como la presión p , temperatura T en cualquier punto, así: ∂p ∂t
=
∂ρ ∂t
=
∂T ∂t
=0
Ahora flujo a régimen permanente no necsariamente indica flujo laminar, en el caso de flujo turbulento las condiciones de régimen permanente se establecen a través del valor promedio, de tal forma generalizada tenemos. υ t = τ 1 R υdt es decir el valor promedio de la velocidad en t 0
tiempo. Por otro lado, en el flujo se desarrollan condiciones a régimen no permanente cuando las condiciones en cualquier dirección del espacio vectorial cambian en ∂f (.) función del tiempo, es decir ∂t = 6 0
1.1.7
Flujo uniforme
Ocurre cuando en todo punto, el vector de velocidad es constante en magnitud y dirección (idénticamente el mismo), es decir que no hay variación del flujo en función a la dirección, no menciona sin embargo en función al tiempo, esto también aplica por supuesto en el caso de velocidades relativas de frontera en un flujo como el que se tiene en las capas límite de un conducto cerrado (o abierto). El flujo en el que el vector de velocidad varía de lugar a lugar para una misma cantidad de fluido se denomina flujo no uniforme, es decir un fluido que se bombea a través de un tubo rectilíneo tiene flujo uniforme, una cambio sin embargo, en du dirección como un ensanchamiento o una curva produce un flujo no uniforme
1.1.8
Ejemplos:
Flujo de líquido a través de un conducto largo a tasa constante (gasto o caudal) es uniforme y régimen permanente, Un flujo que viaja en un conducto cerrado largo a razón o tasa decreciente en uniforme y no permanente, el flujo a una tasa constante pero en un tubo que se ensancha es régimen permanente no uniforme y finalmente, el flujo en un tubo que se expande a una tasa que varía o cambia, es flujo no uniforme y régimen no permanente.
1.1.9
Flujo rotacional
La rotación de una aprtícula alrededor de un eje dado se define como velocidad angular promedio de dos elementos de lineas infinitesimales, si las partículas rotan en torno a un eje dado cualquiera se tiene un fluido rotacional o de vórtice, si el fluido no tiene rotación se llama irrotacional y ésta se debe a que no exista fricción en las capas límite y los esfuerzos cortantes en el flujo sean mínimos o nulos.
1.1.10
Flujo unidimensional, bidimensional y tridimensional
El flujo unidimensional no considera variaciones o cambios en la velocidad, presión etc, transversales a la dirección del flujo principal. Las condiciones en una sección transversal se expresan en valores rpomedio. El flujo bidimensional, supone que el flujo se mueve en capas o planos que no presentan variaciones entre ellos y si pueden tenerlas en cada uno de ellos dentro de los mismos planos. El flujo tridimensional, es el caso general y presenta variaciones o admite variaciones en todas las direcciones.
1.1.11
Línea de corriente
Es una línea de corriente trazada de forma continua a través de un fluidono existe flujo en una línea de corriente
ya que se determina sin dimensión y es solo un indicativo de la dirección que sigue el flujo y es la trayectoria seguida por una partícula de fluido en su historia de tiempo.
