Facultad de Estudios Superiores Aragón.
Ingeniería Industrial
Aplicaciones de Propiedades a la Materia
Previo cuestionario #8
“Flujo en tuberías”
Ramírez Cabrera Cintya Berenice
Grupo: 1354
1. ¿Qué es un fluido? ¿Cuántos tipos existen?
Un fluido es una sustancia donde existe poca fuerza de atracción entre sus moléculas, cambiando así su forma, lo que ocasiona que la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos. 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 propios.
Los fluidos pueden ser líquidos y los gases.
Los fluidos son muchísimos pero se pueden clasificar de acuerdo a diferentes características que presentan principalmente se clasifican en:
2. ¿Qué es un canal abierto y que es un canal cerrado?
Un canal abierto es aquella superficie donde un flujo en líquido puede desplazarse de manera libre, es decir los líquidos fluyen por la acción de la gravedad y solo están parcialmente envueltos por un contorno sólido, en tanto que en un canal cerrado el flujo no puede, debido a que en este caso el flujo debe llenar completamente el espacio del canal.
Los canales tienen secciones rectas de forma regulares y suelen ser rectangulares, triangulares o trapezoidales.
3. ¿Qué es el número de Reynolds?
El número de Reynolds es un número a dimensional que relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión, y es así como estudiar el movimiento de un fluido en el interior de una tubería, o alrededor de un obstáculo sólido.
4. ¿Para qué se utiliza el número de Reynolds?
Principalmente interviene en los problemas de dinámica de fluidos, donde este número o combinación aparece relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar o turbulento.
5. ¿Qué relación existe entre las pérdidas primarias y pérdidas secundarias con el número de Reynolds?
En que ambos están relacionados con el flujo del fluido del liquido a diferencia de que el número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en el flujo de fluidos. Las pérdidas de carga en las tuberías son de dos clases: primarias y secundarias.
Y las pérdidas primarias se definen como las pérdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería, rozamiento de unas capas del fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas del fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme, por lo que principalmente suceden en los tramos de tubería de sección constante. Las pérdidas secundarias o locales se definen como las pérdidas de forma, que tienen lugar en las transiciones (estrechamientos o expansiones de la corriente), codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tubería.
6. ¿El número de Reynolds puede variar con la temperatura?
Si, cuando Reynolds hizo su experimento determino numerosísimas experiencias tan solo variando la temperatura del fluido dado que la viscosidad del fluido es función de la temperatura
7. ¿Cuándo es de utilidad un flujo laminar y cuando un flujo turbulento?
Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de laminas o capas mas o menos paralelas entre si, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas.La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar:
En situaciones que involucren combinaciones de baja viscosidad, alta velocidad o grandes caudales, el flujo laminar no es estable, lo que hace que se transforme en flujo turbulento.
Flujo turbulento: Este tipo de flujo es el que mas se presenta en la practica de ingeniería. En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.
En este tipo de flujo, las partículas del fluido pueden tener tamaños que van desde muy pequeñas, del orden de unos cuantos millares de moléculas, hasta las muy grandes, del orden de millares de pies cúbicos en un gran remolino dentro de un río o en una ráfaga de viento.
Cuando se compara un flujo turbulento con uno que no lo es, en igualdad de condiciones, se puede encontrar que en la turbulencia se desarrollan mayores esfuerzos cortantes en los fluidos, al igual que las pérdidas de energía mecánica, que a su vez varían con la primera potencia de la velocidad.
La ecuación para el flujo turbulento se puede escribir de una forma análoga a la ley de Newton de la viscosidad:
donde:
: viscosidad aparente, es factor que depende del movimiento del fluido y de su densidad.
En situaciones reales, tanto la viscosidad como la turbulencia contribuyen al esfuerzo cortante:
En donde se necesita recurrir a la experimentación para determinar este tipo de escurrimiento.
Flujo turbulento
Factores que hacen que un flujo se torne turbulento:
- La alta rugosidad superficial de la superficie de contacto con el flujo, sobre todo cerca del borde de ataque y a altas velocidades, irrumpe en la zona laminar de flujo y lo vuelve turbulento.
- Alta turbulencia en el flujo de entrada. En particular para pruebas en túneles de viento, hace que los resultados nunca sean iguales entre dos túneles diferentes.
- Gradientes de presión adversos como los que se generan en cuerpos gruesos, penetran por atrás el flujo y a medida que se desplazan hacia delante lo "arrancan".
- Calentamiento de la superficie por el fluido, asociado y derivado del concepto de entropía, si la superficie de contacto está muy caliente, transmitirá esa energía al fluido y si esta transferencia es lo suficientemente grande se pasará a flujo turbulento.
8. ¿Qué es una superficie libre?
son aquéllas en las que parte de la sección transversal está en contacto con la atmósfera. Es el caso de los canales
9. ¿Qué es la viscosidad?
Viscosidad es la resistencia interna al flujo de un fluido, originado por el roce de las moléculas que se deslizan unas sobre otras, es decir, la viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, y cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir.
10. ¿Cómo varia la viscosidad con la temperatura?
La temperatura determina principalmente la fluidez de la viscosidad ya que la viscosidad es una propiedad que depende de la presión y temperatura y se define como el cociente resultante de la división de la tensión de cizallamiento (t ) por el gradiente de velocidad (D).
m =t / D
Con flujo lineal y siendo constante la presión, la velocidad y la temperatura.
m =t / D
Con flujo lineal y siendo constante la presión, la velocidad y la temperatura.
11. Explique la diferencia entre la viscosidad cinemática y la dinámica
La viscosidad dinámica es conocida también como absoluta. Principalmente es la resistencia interna de un líquido a fluir y representa la viscosidad dinámica del líquido y es medida por el tiempo en que tarda en fluir a través de un tubo capilar a una determinada temperatura. Sus unidades son el poise o centipoise (gr/Seg Cm), siendo muy utilizada a fines prácticos.
Viscosidad cinemática: Representa la característica propia del líquido desechando las fuerzas que genera su movimiento, obteniéndose a través del cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del producto en cuestión. Su unidad es el stoke o centistoke (cm2/seg).
12. ¿Qué es un fluido newtoniano?
13. ¿Qué es un fluido no newtoniano?
Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.
14. Explique el procedimiento para medir la viscosidad de acuerdo a la norma ANSI.
La norma unicamente revisa la estandarizacion nacional o internacional para viscosidad en productos ya que todo fluido tiene una viscosidad específica bajo ciertas condiciones cuando se mueve alrededor de un cuerpo o cuando un cuerpo se mueve dentro del fluido, se produce una fuerza de arrastre (Fa) sobre este. Si el cuerpo en estudio es una esfera, está fuerza de arrastre viene dada por la expresión según la ley de Stokes: Fa
Donde
es la viscosidad absoluta del fluido; r esa el radio de la esfera; v la velocidad de la esfera con respecto al fluido.
es la viscosidad absoluta del fluido; r esa el radio de la esfera; v la velocidad de la esfera con respecto al fluido.
Considerando lo anterior si se deja caer una esfera en un recipiente con un fluido, debe existir una relación entre el tiempo empleado en recorrer una determinada distancia y la viscosidad de dicho fluido. Construyendo el diagrama de cuerpo libre de una esfera se tiene:
E: Empuje hidrostático
P: Peso de la esfera
Fa : Fuerza de arrastre
Aplicando la segunda Ley de Newton:
Expresando en función de los parámetros
