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trabajo de mecánica de fluidos donde donde están clasificados los diferentes flujos que existen.
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CLASIFICACION DE LOS FLUJOS DE FLUIDOS
ELIANA PATRICIA PATIÑO GALVAN
YASSER DE JESUS ARISMENDY IBARRA
INTEGRANTES:
GUSTAVO BALLESTEROS
DOCENTE:
UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA
FACULTAD DE INGENIERIAS
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
ASIGNATURA: MECANICA DE FLUIDOS
RIOHACHA – LA GUAJIRA
2014
CONTENIDO
INTRODUCCION
OBJETIVOS
DEFINICION DE FLUJO Y DE FLUIDO
CLASIFICACION DE LOS FLUJOS DE FLUIDOS
FLUJO TURBULENTO
FLUJO LAMINAR
FLUJO INCOMPRESIBLE
FLUJO COMPRESIBLE
FLUJO PERMANENTE
FLUJO NO PERMANENTE
FLUJO UNIFORME
FLUJO NO UNIFORME
FLUJO ROTACIONAL
FLUJO IRROTACIONAL
FLUJO IDEAL
CONCLUSION
BIBLIOGRAFIA
INTRODUCCION
Se define como flujo a un fluido en movimiento. El flujo de los fluidos es un
fenómeno común en la vida diaria. El estudio de su mecanismo es esencialmente
impulsado por entender la física involucrada, así como su control en diversas
aplicaciones de ingeniería. La astrofísica, la meteorología, oceanografía,
aerodinámica, hidrodinámica, lubricación, ingeniería marina turbo maquinaria,
ingeniería de yacimientos, e ingeniería de la combustión, son algunos de los
campos donde la mecánica de fluidos se emplea.
En el estudio del movimiento de los fluidos se involucran las leyes del movimiento
de la física, las propiedades del fluido, y características del medio ambiente o
conducto por el cual fluyen.
La clasificación de los flujos puede realizarse de diferentes maneras atendiendo al
cambio de velocidad y dirección que sufren las partículas debido al espacio
recorrido, al cambio de velocidad, dirección y posición de las partículas respecto al
tiempo, a las variaciones de las propiedades respecto al tiempo o a los procesos
termodinámicos que se pueden presentar en dichos movimientos.
OBJETIVOS
Identificar los términos de fluidos y flujos.
Determinar las diferencias entre fluidos y flujos.
Identificar cada uno de los flujos de fluidos que existen en la Mecánica de
fluidos.
DEFINICIONES
FLUIDO
Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia
entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad
definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su
seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual
constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas
restitutivas).
Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre sí por
fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los
líquidos y los gases.
FLUJO DE FLUIDOS
Movimiento o circulación de un fluido sin alterar sus propiedades físicas o
químicas.
CLASIFICACION DE FLUJOS DE FLUIDOS
El movimiento de los fluidos puede clasificarse de muchas maneras, según
diferentes criterios y según sus diferentes características, este puede ser:
FLUJO TURBULENTO
Este tipo de flujo es el que más se presenta en la práctica de ingeniería. En este
tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir,
en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la
transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo
similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala
mayor.
En este tipo de flujo, las partículas del fluido pueden tener tamaños que van desde
muy pequeñas, del orden de unos cuantos millares de moléculas, hasta las muy
grandes, del orden de millares de pies cúbicos en un gran remolino dentro de un
río o en una ráfaga de viento.
Cuando se compara un flujo turbulento con uno que no lo es, en igualdad de
condiciones, se puede encontrar que en la turbulencia se desarrollan mayores
esfuerzos cortantes en los fluidos, al igual que las pérdidas de energía mecánica,
que a su vez varían con la primera potencia de la velocidad.
La ecuación para el flujo turbulento se puede escribir de una forma análoga a la
ley de Newton de la viscosidad:
τ=μ( ∂v∂ y
)
Dónde:
μ : Viscosidad aparente, es factor que depende del movimiento del fluido y de su
densidad.
En situaciones reales, tanto la viscosidad como la turbulencia contribuyen al
esfuerzo cortante:
τ=(μ+n) ∂v∂ y
En donde se necesita recurrir a la experimentación para determinar este tipo de
escurrimiento.
FLUJO TURBULENTO
Factores que hacen que un flujo se torne turbulento:
La alta rugosidad superficial de la superficie de contacto con el flujo, sobre
todo cerca del borde de ataque y a altas velocidades, irrumpe en la zona
laminar de flujo y lo vuelve turbulento.
Alta turbulencia en el flujo de entrada. En particular para pruebas en túneles
de viento, hace que los resultados nunca sean iguales entre dos túneles
diferentes.
Gradientes de presión adversos como los que se generan en cuerpos
gruesos, penetran por atrás el flujo y a medida que se desplazan hacia
delante lo "arrancan".
Calentamiento de la superficie por el fluido, asociado y derivado del
concepto de entropía, si la superficie de contacto está muy caliente,
transmitirá esa energía al fluido y si esta transferencia es lo suficientemente
grande se pasará a flujo turbulento.
FLUJO LAMINAR
Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce
siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas
dando la impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos paralelas
entre sí, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista
mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas.
La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar:
τ=μ( ∂v∂ y
)
Esta ley establece la relación existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de
deformación angular. La acción de la viscosidad puede amortiguar cualquier
tendencia turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar.
En situaciones que involucren combinaciones de baja viscosidad, alta velocidad o
grandes caudales, el flujo laminar no es estable, lo que hace que se transforme en
flujo turbulento.
FLUJO LAMINAR
FLUJO INCOMPRESIBLE
Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son
despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujo, es decir:
Lo anterior no exige que la densidad sea constante en todos los puntos. Si la
densidad es constante, obviamente el flujo es incompresible, pero sería una
condición más restrictiva.
La incompresibilidad es una aproximación y se dice que el flujo es incompresible si
la densidad permanece aproximadamente constante a lo largo de todo el flujo. Por
lo tanto, el volumen de todas las porciones del fluido permanece inalterado sobre
el curso de su movimiento cuando el flujo o el fluido son incompresibles. En
esencia, las densidades de los líquidos son constantes y así el flujo de ellos es
típicamente incompresible.
Por lo tanto, se suele decir que los líquidos son sustancias incompresibles.
Ejemplo: una presión de 210 atm hace que la densidad del agua líquida a 1 atm
cambie en sólo 1 por ciento.
FLUJO COMPRESIBLE
Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son
despreciables.
Todos los fluidos son compresibles, incluyendo los líquidos. Cuando estos
cambios de volumen son demasiado grandes se opta por considerar el flujo como
compresible (que muestran una variación significativa de la densidad como
resultado de fluir), esto sucede cuando la velocidad del flujo es cercana a la
velocidad del sonido. Estos cambios suelen suceder principalmente en los gases
ya que para alcanzar estas velocidades de flujo el líquido se precisa de presiones
del orden de 1000 atmósferas, en cambio un gas sólo precisa una relación de
presiones de 2:1 para alcanzar velocidades sónicas. La compresibilidad de un flujo
es básicamente una medida en el cambio de la densidad. Los gases son en
general muy compresibles, en cambio, la mayoría de los líquidos tienen una
compresibilidad muy baja. Por ejemplo, una presión de 500 kPa provoca un
cambio de densidad en el agua a temperatura ambiente de solamente 0.024%, en
cambio esta misma presión aplicada al aire provoca un cambio de densidad de
250%. Por esto normalmente al estudio de los flujos compresibles se le conoce
como dinámica de gases, siendo esta una nueva rama de la mecánica de fluidos,
la cual describe estos flujos.
FLUJO PERMANENTE
Este tipo de flujo también se les llama flujo estacionario y se caracteriza porque
las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con
el tiempo, o sea que permanecen constantes con el tiempo o bien, si las
variaciones en ellas son tan pequeñas con respecto a los valores medios. Así
mismo en cualquier punto de un flujo permanente, no existen cambios en la
densidad, presión o temperatura con el tiempo, es decir:
Dado al movimiento errático de las partículas de un fluido, siempre existen
pequeñas fluctuaciones en las propiedades de un fluido en un punto, cuando se
tiene flujo turbulento. Para tener en cuenta estas fluctuaciones se debe generalizar
la definición de flujo permanente según el parámetro de interés, así:
Dónde:
Nt: es el parámetro velocidad, densidad, temperatura, etc.
El flujo permanente es más simple de analizar que él no permanente, por la
complejidad que le adiciona el tiempo como variable independiente.
FLUJO NO PERMANENTE
Llamado también flujo no estacionario y en este tipo de flujo en general las
propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán
diferentes de un punto a otro dentro de su campo, además si las características en
un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no
permanente, es decir:
Dónde:
N: parámetro a analizar.
El flujo puede ser permanente o no, de acuerdo con el observador.
FLUJO UNIFORME
Este tipo de flujos son poco comunes y ocurren cuando el vector velocidad en
todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en
dirección para un instante dado o expresado matemáticamente:
∂v∂ s
=0
Donde el tiempo se mantiene constante y s es un desplazamiento en cualquier
dirección.
FLUJO NO UNIFORME
Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de
fronteras sólidas por efecto de la viscosidad. El flujo es no uniforme cuando
existen cambios de velocidad con respecto al tiempo.
FLUJO ROTACIONAL
Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos valores
distintos de cero, para cualquier instante. Cuando la velocidad angular neta del
elemento de fluido no es nula se dice que es un flujo rotacional.
FLUJO IRROTACIONAL
Al contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se caracteriza porque dentro
de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para cualquier punto e instante.
En el flujo irrotacional se exceptúa la presencia de singularidades vorticosas, las
cuales son causadas por los efectos de viscosidad del fluido en movimiento.
Se puede decir que un flujo es considerado irrotacional cuando ninguna de sus
partículas que lo componen sufre un giro. Sin embargo esta no es la manera
correcta de considerar a un flujo irrotacional, ya que en un flujo irrotacional
cualquier partícula tiene cierta velocidad angular, que además puede variar. Por lo
tanto la irrotacionalidad en un flujo se puede determinar de acuerdo a la velocidad
angular media de las partículas que componen al flujo. Para que un flujo sea
considerado irrotacional, la velocidad angular de los segmentos rectilíneos que
conforman al fluido, debe ser nula, y por consiguiente se puede considerar que
cada una de las partículas tiene una velocidad angular igual a cero.
En pocas palabras si un flujo es irrotacional, no significa que el flujo no esté
rotando; un flujo irrotacional puede estar en movimiento rectilíneo o rotatorio de
acuerdo con un marco de referencia, al igual que de las partículas que lo
componen. Entonces decimos que un flujo es irrotacional si la velocidad angular
promedio de todas las partículas que conforman el fluido es cero: o mejor dicho el
rotacional de la velocidad es cero.
FLUJO IDEAL
Se llama fluido ideal, a un fluido de viscosidad nula, incompresible y deformable
cuando es sometido a tensiones cortantes por muy pequeñas que éstas sean.
La hipótesis de un flujo ideal es de gran utilidad al analizar problemas que tengan
grandes gastos de fluido, como en el movimiento de un aeroplano o de un
submarino. Un fluido que no presente fricción resulta no viscoso y los procesos en
que se tenga en cuenta su escurrimiento son reversibles.
CONCLUSION
Con la realización de este trabajo hubo claridad en lo que concierne a los flujos de
fluidos, su definición y relación de estos con la velocidad, la presión y temperatura,
aspectos importantes que se deben tener en cuenta a la hora de estudiar la
mecánica de los fluidos.
Además logramos identificar cada uno de los tipos de flujos que existen, por medio
de sus características y análisis hechos a los fluidos para poder clasificarlos.
BIBLIOGRAFIA
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/
conceptosbasicosmfluidos/clasificaciondelflujo/
clasificaciondelflujo.html
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/2496/Capitulo3.pdf
file:///D:/QUINTO%20SEMESTRE/Nueva%20carpeta/MECANICA
%20DE%20FLUIDOS/MecFl.pdf