Flujo de una película descendente Zairet

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INTRODUCCIÓN

El estudio del comportamiento de los fluidos en movimiento ya sea sobre una superficie plano o una inclinada, es un factor importante que se debe tener en cuenta cuando se realizara cualquier proceso que involucre el uso de los fluidos. El comportamiento del flujo durante su descendencia se ve afectado como ya se ha mencionado por la fuerza de gravedad, pero también por dos de sus propiedades intensivas más importantes, la viscosidad y la densidad. Propiedades únicas de cada sustancia en diferentes condiciones, que rigen la naturaleza de la descendencia de nuestro fluido de estudio.

En esta investigación se estudiará como se puede calcular los perfiles de velocidad laminar en algunos sistemas. Específicamente se hablara de la membrana de un fluido que desciende sobre una superficie sólida inclinada (con ángulo de 0° a 90°) a una velocidad constante bajo la influencia de la gravedad, se le denomina película de un flujo descendente.

El problema de la película descendente que se estudiara proporciona información sobre el papel que juegan las fuerzas de gravedad y sobre la utilización de las coordenadas cartesianas; se indica también como puede llegarse a la solución en el caso de que a viscosidad sea en función de la posición.

Un flujo de una película descendente en algunos ejemplos de la vida diaria es un tobogán en un parque de diversiones donde se ve claramente como el agua es deslizada por una plataforma lisa lo cual ayuda a que las personas desciendan con mayor velocidad y facilidad debido a que la fricción se encuentra en una pequeña capa superior del agua y no en la persona que es trasportada en la parte superior.

OBJETIVO

Conocer la diferencia del planteamiento del problema entre planos inclinados de flujo descendente y tubos verticales con caída libre de flujo descendente (90°) y saber identificar las restricciones para los fluidos que se manejarán.

Además de como conocer el flujo de películas descendentes por medio de cálculos matemáticos para así, determinar los factores que lo rigen y aplicarlos en Ingeniería.

DESARROLLO

Le llamamos película de un flujo descendente a la membrana de un fluido que desciende sobre una superficie sólida inclinada a una velocidad constante bajo la influencia de la gravedad.

El comportamiento del flujo durante su descendencia se ve afectado por la fuerza de gravedad, pero también por dos de sus propiedades intensivas más importantes, que son la viscosidad y la densidad. Cada sustancia presenta estas propiedades únicas en diferentes condiciones, que rigen la naturaleza de la descendencia de nuestro fluido de estudio.

Es importante dejar en claro algunos conceptos para la mejor comprensión del tema:

Definimos la gravedad como una de las cuatro interacciones fundamentales. Es quien origina la aceleración que experimenta un cuerpo físico en las cercanías de un objeto astronómico. También se denomina interacción gravitatoria o gravitación. En nuestro sistema de estudio la fuerza de gravedad es la que hace que nuestro fluido descienda, y el impacto de esta fuerza sobre el fluido depende del ángulo de inclinación del plano y del tipo de fluido que se analice.

La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Al momento de analizar el comportamiento de cualquier fluido, la densidad se convierte en una propiedad importantísima  ya que de ella dependen muchas características como la flotabilidad, la incompresibilidad del fluido, entre otras.

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, se ha definido como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Es debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento, Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica.

Se conoce también otra viscosidad, denominada viscosidad cinemática. Para calcular la viscosidad cinemática basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido.

La viscosidad juega un rol fundamental, cuando de fluidos se trata, ya que es prácticamente la base del comportamiento de cualquiera de estos. Como ya sabemos esta propiedad intensiva, es la oposición de un fluido a fluir, de la cual dependen muchas características como el perfil de velocidad, la transferencia de cantidad de movimiento.

Para que nuestros cálculos sean más prácticos debemos saber

Un estado estacionario nos indica que el flujo es constante y que ningún factor cambia con respecto al tiempo.

Fluido incompresible es aquel que como su nombre indica  no se puede comprimir, no presenta cambios de presión en ningún punto, y por lo tanto la densidad permanece constante.

En un sistema Isotérmico la temperatura se mantiene constante en todo momento.

El régimen laminar nos indica que el comportamiento de un fluido tiene un valor en el número de Reynolds menor a 2100.

Un fluido newtoniano se rige por la fórmula de Newton para cantidad de movimiento.

Velocidad de flujo de masa de una película que desciende

Un aceite que tiene una viscosidad cinemática de  y una densidad de  . ¿Cuál tiene que ser la velocidad de flujo másico de una película que desciende por una pared vertical para que el espesor de la misma sea de 2.55 mm?[pic 5][pic 6]

Datos:

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Fórmula:

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Dónde

w = velocidad de flujo másico en kg/ms

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