DISTRIBUCION DE CONCENTRACIONES EN FLUJO TURBULENTO

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
SEDE BARCELONA
FACULTAD: INGENIERIA INDUSTRIAL[pic 1]

[pic 2]

PROFESOR:                                                                                BACHILLERES:

Ing. Jorge Matheus                                                 Belisario Julio                                          
                                                                                 Rosas Lineth  

Fenómeno de Transporte.
Sección: ID

BARCELONA, MARZO DE 2016[pic 3][pic 4]

INTRODUCCION

      El flujo turbulento es más comúnmente desarrollado debido a que la naturaleza tiene tendencia hacia el desorden y esto en términos de flujos significa tendencia hacia la turbulencia. Este tipo de flujo se caracteriza por trayectorias circulares erráticas, semejantes a remolinos. El flujo turbulento ocurre cuando las velocidades de flujo son generalmente muy altas o en fluidos en los que las fuerzas viscosas son muy pequeñas.

      Cuando entre dos partículas en movimiento existe gradiente de velocidad, o sea que una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que actúan tangencialmente a las mismas. Las fuerzas de fricción tratan de introducir rotación entre las partículas en movimiento, pero simultáneamente la viscosidad trata de impedir la rotación. Dependiendo del valor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes estados de flujo.    

     Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas vecinas al fluido, y estas adquieren una energía de rotación apreciable, la viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras, las partículas chocan entre sí y cambian de rumbo en forma errática y a este tipo de flujo se le llama turbulento.

     En el presente material de investigación se realizó el estudio de la distribución de concentraciones en flujo turbulento con el objetivo de observar el comportamiento en la velocidad de dichos fluidos.

DISTRIBUCION DE CONCENTRACIONES EN FLUJO TURBULENTO

1.- FLUIDO TURBULENTO

      En mecánica de fluidos, 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 aperiódicos, 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.        

2.- NÚMERO DE REYNOLDS

      El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande).Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de Reynolds viene dado por:

[pic 5]

                                                                                                                          Ecu. I
o equivalentemente por:

[pic 6]

                                                                                                                         Ecu. II

Donde:

ᵖ: densidad del fluido.
: Velocidad característica del fluido.

: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud
: viscosidad dinámica del fluido
: viscosidad cinemática del fluido[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

• Para valores de (para flujo interno en tuberías circulares) el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas, que interactúan sólo en función de los esfuerzos tangenciales existentes. Por eso a este flujo se le llama flujo laminar. [pic 11]

• Para valores de , (para flujo interno en tuberías circulares). Este régimen es llamado turbulento, es decir caracterizado por un movimiento desordenado, no estacionario y tridimensional.[pic 12]

Aplicación

      El número de Reynolds es un número adimensional muy importante en la práctica, con este podemos caracterizar la naturaleza de escurrimiento de un fluido, el sentido físico de este número es muy útil al diseñar tuberías convencionales.

3.- FLUCTUACIONES DE CONCENTRACION DE TIEMPO AJUSTADO.

      En este caso se operará en función de la concentración molar CA. En una corriente turbulenta, CA será una función del tiempo, que oscila rápidamente. Por lo tanto, es conveniente substituir CA por la suma de un valor de tiempo ajustado ĈA y una fluctuación de concentración turbulenta CA´:

[pic 13]

Ecu. III

Donde:

CA: Concentración molar
ĈA: Valor de tiempo ajustado
CA´: Fluctuación de concentración turbulenta

       Teniendo en cuenta la definición de CA´  resulta que CA´= 0. Sin embargo, los términos tales como V’X C’A, V’Y C’A y V’Z C’A son distintos de cero, debido a que las fluctuaciones locales de velocidad y concentración no son independientes entre sí. Los perfiles de concentración de tiempo ajustado ĈA(x, y, z, t)  son los que se hallarían, por ejemplo, tomando muestras de la corriente. Para el caso del flujo en un tubo con transferencia de materia en la pared del mismo, es de esperar que en el núcleo turbulento, en el que predomina el transporte de remolino, la concentración de tiempo ajustado ĈA  sólo variará ligeramente. Sin embargo, para la corriente que se mueve lentamente junto a la pared, la concentración ĈA  debe de variar rápidamente a lo largo de una pequeña distancia, desde el valor en el núcleo turbulento hasta el valor en la pared. Por lo tanto, el pronunciado gradiente de concentración está relacionado con el lento proceso de difusión molecular en la
subcapa laminar, en oposición al rápido transporte de remolino que tiene lugar en el núcleo turbulento totalmente desarrollado.

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