Mecánica de Fluidos

Universidad de Oriente.

Núcleo Anzoátegui.

Escuela de Ingeniería Civil.

Cátedra: Mecánica de Fluidos.

Mecánica de Fluidos

Barcelona, 7 de Noviembre de 2013.

Índice

Introducción…………………………………………………………..3

Flujo laminar (flujo lento)………………………………………4

Flujo laminar en tuberías circulares……………………….4

Flujo turbulento……………………………………………………5-6

Numero de Reynolds…………………………………………….7

Perdida de carga……………………………………………………7

Bombas y Turbinas……………………………………………..9-14

Conclusión……………………………………………………………15

Bibliografía……………………………………………………………16

Introducción

Mecánica de fluidos, es la parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.

La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de los fluidos en movimiento.

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. En el trabajo que le presento a continuación se encuentra la información más detallada sobre temas de interés .

Flujo laminar (flujo lento)

El flujo es laminar si las fuerzas viscosas son tan fuertes comparadas con las fuerzas de inercia, que la viscosidad juega un papel importante para determinar el comportamiento del flujo. En flujo laminar, las partículas del fluido parecen moverse en recorridos calmados definidos, o líneas de corriente, y las capas infinitésimamente delgadas del fluido parecen deslizarse sobre las capas adyacentes. Cuando las fuerzas de inercia del fluido en movimiento son muy bajas, la viscosidad es la fuerza dominante y el flujo es laminar.

El flujo laminar es más predecible, y existen varias leyes que describen su comportamiento. Su nombre obedece a que las moléculas parecen desplazarse en láminas de igual velocidad, que se envuelven unas a otras en forma concéntrica.

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Flujo laminar en tuberías circulares

Son los flujos que quedan completamente limitados por superficies sólidas. Ej.: flujo interno en tuberías y en ductos.

Considerando un flujo incompresible a través de un tubo de sección transversal circular, el flujo es uniforme a la entrada del tubo y su velocidad es igual a U0. En las paredes la velocidad vale cero debido al rozamiento y se desarrolla una capa límite sobre las paredes del tubo.

Fig.Nº1 Flujo en la región de entrada de una tubería

La velocidad promedio en cualquier sección transversal viene expresada por

En el caso de fluido que se mueve en un tubo de sección circular, el flujo persistente será laminar por debajo de un número de Reynolds crítico de aproximadamente 2040.1 Para números de Reynolds más altos el flujo turbulento puede sostenerse de forma indefinida. Sin embargo, el número de Reynolds que delimita flujo turbulento y laminar depende de la geometría del sistema y además la transición de flujo laminar a turbulento es en general sensible a ruido e imperfecciones en el sistema.

El perfil laminar de velocidades en una tubería tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo. En este caso, la pérdida de energía es proporcional a la velocidad media, mucho menor que en el caso de flujo turbulento.

Flujo turbulento

El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son débiles comparadas con las fuerzas de inercia. En el flujo turbulento, las partículas del fluido se mueven en recorridos irregulares, los cuales no son ni calmados ni determinados pero en su conjunto todavía representan el movimiento hacia adelante de la corriente total. El flujo turbulento no es muy eficiente en el uso de la energía, gran parte se va en choques, reflujos, remolinos, aceleraciones y frenadas. La física de los fluidos turbulentos es bastante complicada y suele requerir de cantidades considerables de cómputo.

La naturaleza del flujo a través de un tubo está determinada por el valor que tome el número de Reynolds siendo este un número adimensional que depende de la densidad, viscosidad y velocidad del flujo y el diámetro del tubo. Se define como

Si el Flujo es Laminar Re<2300

Si el Flujo es Turbulento Re>2300

La caída de presión para un flujo turbulento no se puede calcular analíticamente debiéndose utilizar los resultados experimentales. La caída de presión debida al rozamiento en un flujo turbulento completamente desarrollado a través de un conducto horizontal de área transversal constante, depende del diámetro del tubo D, de su longitud L, de la rugosidad o aspereza de su pared e, de la velocidad media V, de la densidad del fluido r y de su viscosidad m .

Las pérdidas mayores se expresan para flujo turbulento como:

donde f se determina experimentalmente utilizando los resultados de L.F. Moody.

Rozamiento función del número de Reynolds.

Los resultados de Moody se representan en un diagrama conocido como diagrama de Moody, que permite calcular el factor de rozamiento a partir del número de Reynolds y de la rugosidad de la pared del tubo

Numero de Reynolds

El número de Reynolds (Re) es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Un científico de apellido Reynolds, estudioso de los fluidos, estableció una relación en la que intervienen factores reales, de manera que para un flujo determinado si se resuelve la relación con los valores del proceso en cuestión, se habrá obtenido un parámetro adimensional conocido como Número de Reynolds, que sirve para caracterizar la naturaleza del flujo.

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo, 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). A demás, indica la importancia relativa de la tendencia del flujo hacia un régimen turbulento respecto de uno laminar y la posición relativa de este estado dentro de una longitud determinada.

Perdida de carga

La pérdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de presión en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

Los cambios de presión que se tienen en un flujo incompresible a través de un tubo se deben a cambios en el nivel o bien a cambios en la velocidad debido a cambios en el área de la sección transversal y por otra parte al rozamiento.

En la ecuación de Bernoulli se tomó en cuenta únicamente los cambios de nivel y de velocidad del flujo. En los flujos reales se debe tener en cuenta el rozamiento.

El efecto del rozamiento produce pérdidas de presión. Estas pérdidas se dividen en pérdidas mayores y en pérdidas menores

Pérdidas Mayores

Se deben al rozamiento en un flujo completamente desarrollado que pasa a través de segmentos del sistema con área de sección transversal constante.

Para un flujo completamente desarrollado a través de un tubo recto de área constante, las pérdidas mayores de carga se pueden expresar como una pérdida de presión. Como V1=V2 y z1 = z2

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