LOS FLUIDOS

FLUJO DE FLUIDO

INTRODUCCION

El flujo d fluidos es el Movimiento o circulación de un fluido sin alterar sus propiedades físicas o químicas. El transporte de fluidos es una actividad sustantiva de cualquier proceso, de aquí que se aparte de la formación de todos los ingenieros. En los procesos biotecnológicos se manejan fluidos con características muy diversas: se requiere conocer los principios básicos de fluidos newtonianos y no newtonianos de los gases a presiones altas, moderadas y de vacío así como de fluidos a través de sistemas heterogéneos.

Las ecuaciones de continuidad tienen en forma implícita los principales conceptos y leyes de la Física. La aplicación de estas ecuaciones está restringida por la imaginación de quien las utilice y de las herramientas matemáticas que se requieren para resolver la situación dada.

La ley de darcy describe las características del movimiento del agua a través de un medio poroso. La ley de Darcy es válida en un medio saturado, continuo, homogéneo e isótropo y cuando las fuerzas inerciales son despreciables.

En este trabajo conoceremos los conceptos fundamentales de las leyes que rigen el comportamiento de los fluidos, para que se puedan entender y abordar problemas reales de ingeniería en sus diversos campos de aplicación

TRABAJO DE FLUIDOS

1. FLUJO DE FLUIDOS

Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas).

Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. En el cambio de forma de un fluido la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Los líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen como de forma propias. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales).

Movimiento o circulación de un fluido sin alterar sus propiedades físicas o químicas.  Ocurre bajo la acción de fuerzas externas.  Encuentra resistencia al movimiento, debido a una resistencia interna propia del fluido (viscosidad) “fuerzas viscosas” o de la acción del exterior sobre le fluido (rozamiento) “fuerzas de rozamiento”. -Flujo interno: en el interior de conducciones Tipos de flujo - Flujo externo: alrededor de cuerpos sólidos (sedimentación, filtración...)

La viscosidad Propiedad física del fluido, sólo depende de su naturaleza. Varia con la temperatura y, en menor medida, con la presión. Indica la resistencia que ofrece un cuerpo a fluir, es decir a moverse en una dirección dada. Esta relacionada con el desplazamiento de unas capas de las moléculas constitutivas del fluido con respecto a otras y los entrecruzamientos que se producen.La viscosidad del fluido determina la existencia de un gradiente (perfil) radial de velocidades para el flujo interno de un fluido a través de una conducción.

2. ECUACION DE CONTINUIDAD

Cuando un fluido fluye por un conducto de diámetro variable, su velocidad cambia debido a que la sección transversal varía de una sección del conducto a otra.

En todo fluido incompresible, con flujo estacionario (en régimen laminar), la velocidad de un punto cualquiera de un conducto es inversamente proporcional a la superficie, en ese punto, de la sección transversal de la misma.

La ecuación de continuidad no es más que un caso particular del principio de conservación de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo de toda la conducción.

Dado que el caudal es el producto de la superficie de una sección del conducto por la velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dos puntos de una misma tubería se debe cumplir que:

Que es la ecuación de continuidad y donde:

• S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto.

• v es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería.

Se puede concluir que puesto que el caudal debe mantenerse constante a lo largo de todo el conducto, cuando la sección disminuye, la velocidad del flujo aumenta en la misma proporción y viceversa.

En la imagen de la derecha puedes ver como la sección se reduce de A1 a A2. Teniendo en cuenta la ecuación anterior:

Es decir la velocidad en el estrechamiento aumenta de forma proporcional a lo que se reduce la sección.

Imagen 10. dca.ulpgc. Copyrigt

La ecuación de continuidad (ec. 1.2-2) es la expresión matemática de la ley de conservación de la materia, su deducción considera un elemento de control infinitesimal fijo, a través del cual fluye el fluido. Se considera que el fluido tiene una composición constante

.En esta ecuación ρ es la densidad, t el tiempo y v la velocidad del fluido dentro del elemento de control infinitesimal. El primer término (I) representa la velocidad con la que se acumula la materia por unidad de volumen dentro del elemento de control (término de acumulación), el término de la derecha (II) es la divergencia (producto escalar del operador nabla con un vector) de la velocidad másica ( ρ v ) y representa la velocidad neta con la que el fluido atraviesa el elemento de control por unidad de volumen (término conectivo).

La velocidad másica o flux másico representa la cantidad de materia que pasa a través de un área unitaria (normal a la velocidad) por unidad de tiempo, también se puede interpretar como la cantidad de movimiento por unidad de volumen

3. CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA, ECUACIÓN DE BERNOULLI. INTERPRETACIÓN, RESTRICCIONES Y APLICACIONES DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de energíaen

...