EL SISTEMAS FLUIDO-SOLIDO. FLUJO DE FLUIDOS
Enviado por olecrame • 16 de Junio de 2016 • Ensayos • 5.490 Palabras (22 Páginas) • 438 Visitas
EL SISTEMAS FLUIDO-SOLIDO
FLUJO DE FLUIDOS
1. 4 FLUJO DE FLUIDOS
En un experimento clásico, Reynolds en un tubo de vidrio horizontal en la que fluía agua a lo largo del eje, inyecto en el flujo un colorante y observo dos tipos diferentes de flujo tal como se puede observar en la siguiente figura:
[pic 1]
En el caso de la figura superior, ocurre un flujo a bajas velocidades, con partículas de fluido moviéndose en líneas casi rectas y paralelas al eje, al cual lo denomino flujo Laminar y en el caso de la figura inferior ocurre un flujo a altas velocidades, el cual es caracterizado por las fluctuaciones en la velocidad y al cual lo denomino FLUJO TURBULENTO
Reynolds concluye que la cantidad crítica que determina el tipo de flujo que ocurre en un sistema es el parámetro que se conoce como Numero de Reynolds y el cual es representado como se da a continuación:
[pic 2]
En la que D es el diámetro de la tubería, υ es la velocidad promedio del fluido, ρf es la densidad del fluido, μ es la viscosidad del fluido, u es la viscosidad cinemática y G = υρf es la velocidad de la masa (puede estar expresada en lb de fluido por segundo /pie2 del área de la sección).
El Numero de Reynolds mide la resistencia relativa de las fuerzas inerciales (αρf , υ2 , D2 ) y viscoso (α μ, υD)
Para el flujo de fluidos newtonianos en tuberías de sección circular, el flujo turbulento empieza a alrededor de un NºRe = 2000
El análisis dimensional de la perdida de energía por unidad de masa debido a la fricción en el flujo de fluidos alrededor de tuberías de sección circular (de diámetro y longitud es dada por la siguiente ecuación: [pic 3]
(2)
Nota
Si la libra (lb) es usada en ambos lados de la ecuación (2), como unidad de masa y como unidad de fuerza, es necesario el uso del factor de conversión y la ecuación puede ser re-escrita tal como se da a continuación: [pic 4]
(3)
es el factor de fricción y a la vez está en función del y es definido como (ver ecuación 2): (4) [pic 5]
Sin embargo hay cierta ambigüedad en la definición de . En algunos campos de la Ingeniería un factor [pic 6] es usado.
Para flujos en secciones no-circulares, el parámetro usualmente empleado es el Radio Hidráulico Rh, definido como.
[pic 7]
Para una tubería de sección circular el radio hidráulico es:[pic 8]
(5)
Usando este parámetro en la ecuación (4), tenemos:[pic 9]
(6)
Y el Número de Reynolds seria: [pic 10]
(7)
El número 4 en la ecuación (7) no es usado por motivos de conveniencia, por ejemplo en el uso de la figura 1 para secciones circulares como para no-circulares.
El análisis dimensional nos da una relación funcional entre f y el NºRe. Este necesita ser establecido experimentalmente.
La figura 1 muestra gráficamente la relación entre el NºRe y el factor f de fricción para ductos resistentes.
[pic 11]
Para el rango laminar por debajo del NºRe = 2000, la relación entre el y f el NºRe es lineal y de pendiente negativa, cuyo valor es:
[pic 12]
(8)
El flujo de fluidos es turbulento para NºRe > 4000, pero por el cuidado en la manipulación en el laboratorio en el rango de turbulencia, este es prevenido con NºRe > 13000. En tuberías pulidas la rugosidad superficial causa la turbulencia a NºRe bajos.
Una relación empírica usual para tuberías pulidas largas en el rango de NºRe < 106 es:
[pic 13]
(9)
En la zona turbulenta, las curvas son dadas para diferentes grados de rugosidad de las tuberías (e/D) , la rugosidad es medida por el promedio de las irregularidades de la superficie interna de las tuberías.
Entre el rango 2000 < NºRe < 4000 se conoce como la zona de transición, en este caso se tiene una situación incierta, donde el flujo puede ser turbulento, laminar o fluctuante.
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