UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VICTORIA INGENIERÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES
Clasificación de Flujo en Fluido
DR. WILIAN JESUS PECH RODRIGUEZ Transferencia de Calor
ALUMNO:
Osiel Balderas Saucedo. José Ángel Amaya García. Martin De La Cruz Cardona.
Cd. Victoria, Tamps a Junio del 2017
Introducción Un fluido es todo material que no sea sólido y que puede ‘fluir’. Son fluidos los líquidos y los gases; aún con sus grandes diferencias su comportamiento como fluido se describe son las mismas ecuaciones básicas. La diferencia entre uno u otro está en su compresibilidad. Un fluido: - Cambia su forma según el envase. - Se deforma continuamente bajo fuerzas aplicadas. - La atmósfera y el océano son fluidos. - El 97% de nuestro cuerpo es fluido, el manto de la tierra, etc.
La propiedad fundamental que caracteriza a los fluidos (líquidos y gases) es que carecen de rigidez y en consecuencia se deforman fácilmente. Por este motivo un fluido no tiene forma y diferentes porciones del mismo se pueden acomodar dentro del recipiente que lo contiene. En esto difieren de los sólidos, que en virtud de su rigidez tienen una forma definida, que sólo varía si se aplican fuerzas de considerable intensidad.
Marco Teórico La Mecánica de fluidos tiene sus orígenes en la hidráulica, tanto en Mesopotamia como en Egipto alrededor del año 400 a.C. proliferaron las obras hidráulicas que aseguraban el regadío. Posteriormente, los imperios griegos,chino y especialmente, el romano se caracterizan por una gran profusión de obras hidráulica. A lo largo de la historia, aparecen inventos e investigadores que aportan mejoras sustanciales en el campo que hoy se denomina Mecánica de fluidos. Al final de siglo XIX comienza la unificación entre hidráulicos e hidrodinámicos. La Mecánica de Fluidos moderna nace con Pascal, que en las primeras décadas del XX elaboró la síntesis entre la hidráulica práctica y la hidrodinámica teórica. Los fluidos presentan propiedades que los identifican. Entre ellas podemos nombrar la viscosidad, estabilidad, turbulencia, entre otros. Cinco matemáticos del siglo XVIII, Bernoulli, Clairaut, D’Alembert, Lagrange y Euler
habían elaborado con el naciente cálculo diferencial e integral una síntesis hidrodinámica perfecta; pero no habían obtenido grandes resultados prácticos. Por otra parte el técnico hidráulico fue desarrollando multitud de fórmulas empíricas y experiencias en la resolución de problemas que sus construcciones hidráulicas le presentaban, sin preocuparse de buscarles base teórica alguna. No es necesario dividirlas en grupo, sino, tener claro al momento de definir un fluido. Estabilidad. - se dice que el flujo es estable cuando sus partículas siguen una trayectoria uniforme, es decir nunca se cruzan entre sí. La velocidad en cualquier punto se mantiene constante en el tiempo. Turbulencias. - debido a la rapidez en el que se desplaza las moléculas el fluido se vuelve turbulento. Un flujo irregular caracterizado por pequeñas regiones similares a torbellinos. Viscosidad. - en general la viscosidad es una propiedad de los fluidos que se refiere al grado de fricción interna. Se asocia con la resistencia que presentan dos capas adyacentes moviéndose dentro del fluido.
Desarrollo Definici ón de Fluido La materia fundamentalmente se presenta en dos estados:
Un fluido es parte de un estado de la materia la cual no tiene un volumen definido, sino que adopta la forma del recipiente que lo contiene a diferencia de los sólidos, los cuales tienen forma y volumen definido. Los fluidos tienen la capacidad de fluir, es decir, puede ser trasvasada de un recipiente a otro. Dentro de la clasificación de fluidos, los líquidos y gases presentan propiedades diferentes. Ambos tipos de fluidos, tienen la propiedad de no tener forma propia y que estos fluyen al aplicarles fuerzas externas. La diferencia está en la llamada compresibilidad. Fluidos Newtonianos y no Newtonianos. Newtonianos. - a una temperatura fija su viscosidad no cambia y esta se mantiene constante. No Newtonianos. - influyen otros factores a parte de la temperatura, por lo tanto su viscosidad es variable. De acuerdo a la velocidad del flujo:
Flujo laminar Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido. Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. Flujo turbulento Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos periódicos, (no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.
De acuerdo a sus cambios de densidad respecto al tiempo:
Compresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables. 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.
Por variación de velocidad con respecto al tiempo:
Flujo permanente: 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.
Flujo no permanente: 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.
Por magnitud y dirección de la velocidad del fluido:
Flujo Uniforme: Ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado. 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.
Por efectos de vector velocidad:
Flujo rotacional: Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos valores distintos de cero, para cualquier instante. 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.
Conclusión En el caso de la dinámica de fluidos, el autor R.L Street. Menciona que: “las únicas
fuerzas de superficie son las provocadas por la presión, que sumadas a las demás fuerzas, o de gravedad, son las responsables del movimiento del fluido”. Bajo estas
condicione Newton represento su segunda ley, aplicada a un elemento fluido, o ecuación de cantidad de movimiento, la que se conoce como ecuación de Euler. La dinámica o hidrodinámica de fluidos ya comprenden cálculos matemáticos mediante fórmulas complejas, las cuales corresponderán a movimientos de flujos sin comprimir. De aquí se deriva una ramificación de la dinámica y así mismo de la mecánica de fluidos: el flujo incompresible y sin rozamiento, el cual es experimentado por la segunda ley de Newton; pero además ya participan mayor número de investigadores acerca del tema (Bernoulli, Evangelista, Torricelli, Pascal, etc.).
Bibliografía
Fundamentos de Mecánica de Fluidos (2ª Edición). P. Gerhart, R. Gross y J. Hochstein. Adison-Wesley Iberoamericana 1995.
Mecánica de Fluidos. Frank M. White. McGraw Hill 1979.
Mecánica de los Fluidos (8ª Edición). Victor L. Streeter y E. Benjamin Wylie. McGraw Hill 1986.
Ingeniería Química, Tomos 2 y 3. E. Costa Novella y otros. 1984. Alhamba Universidad.
