(1) Introducción a la dinámica de fluidos PDF

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Apuntes sobre dinámica de fluidos ...

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DINAMICA DE FLUIDOS

1)

DEFINICIONES

1.1)

Dinámica de fluidos: ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en movimiento el que se caracteriza, entre otros, mediante la velocidad que se puede definir mediante magnitud, dirección y sentido.

1.2)

Simbología: V o v = velocidad (no volumen)

1.3)

Línea de corriente: es una representación imaginaria de la trayectoria que sigue una partícula de fluido en movimiento. La velocidad es tangente a dicha línea en cada punto de interés.

1.4)

Tubo de flujo: es un conjunto de líneas de corriente y por lo recién comentado, el fluido solo puede entrar o salir por secciones transversales extremas del tubo de flujo, pues la velocidad es tangente al manto del tubo. Por el principio de adherencia, el fluido en contacto con la pared tiene la velocidad de la pared. Si la pared está en reposo el fluido junto a ella no se mueve. Si además se consideran los efectos de la viscosidad, las partículas vecinas se mueven con distinta velocidad, siendo máxima en los puntos más alejados del contorno. El tamaño de un tubo de flujo puede ser tan grande o tan pequeño como sea necesario. Ejemplos:

Todo el fluido en el interior de un oleoducto. El fluido que circula por un orificio.

1.5)

Escurrimiento = flujo de fluido = fluido en movimiento = régimen

1.6)

Distribución o perfil de velocidades: es una representación gráfica o analítica de la velocidad en la sección transversal de un escurrimiento.

2)

CLASIFICACION de ESCURRIMIENTOS o REGIMENES

2.1)

SEGUN EL ESPACIO: Régimen uniforme

(ejemplo: cañerías)

Régimen variado Régimen variado:

2.2)

Gradual

(ejemplo: tobera)

Brusco

(ejemplo: ensanche)

SEGUN EL TIEMPO: Régimen permanente Régimen NO permanente

Salida libre: si h = constante, el régimen es permanente Salida libre: si h es variable, el régimen es NO permanente Orificio sumergido: si h y ∆h = constante, el régimen es permanente Orificio sumergido: si h y/o ∆h es variable, el régimen es NO permanente

2.3)

SEGUN EL NUMERO DE COORDENAS: Escurrimiento UNIdimensional BI dimensional TRI dimensional

2.4)

SEGUN LA VISCOSIDAD Criterio: Número de Reynolds (Re) V = velocidad característica del fluido. L = longitud característica del contorno. 𝞾 = viscosidad cinemática del fluido. Escurrimiento IDEAL: se desprecia la viscosidad del fluido (estudio inicial). Escurrimiento VISCOSO: Laminar (“baja” velocidad, ordenado, Re “pequeño”) Turbulento (“mediana a alta” velocidad, desordenado) Ejemplo:

Conductos de sección transversal circular

V = velocidad promedio en la sección transversal del escurrimiento. L = D = diámetro interior del conducto. 𝞾 = viscosidad cinemática del fluido.

Ejemplo:

D

Re < 2000

Laminar

2000 ≤ Re ≤ 4000

Transición

4000 < Re

Turbulento

Escurrimiento sobre una placa plana

V = velocidad no perturbada antes de llegar a la placa. L = x = distancia medida desde el borde de ataque. 𝞾 = viscosidad cinemática del fluido. Re < 300000

Laminar

300000 ≤ Re ≤ 500000

Transición

500000 < Re

Turbulento

Vpromedio

V

x

Las características laminares o turbulentas de un escurrimiento se pueden observar experimentalmente en forma cualitativa y, en base a lo observado se definen los indicadores o parámetros cuantitativos. Si la sección transversal NO es circular, se reemplaza por el radio hidráulico (Rh). Perímetro mojado = perímetro en contacto con el fluido (sea líquido o gaseoso) El Rh de un conducto circular a sección llena es Por lo tanto en el número de Reynolds se reemplaza D = 4 · Rh (Rh de la sección particular NO circular)

2.5)

SEGUN TIPOS DE MOVIMIENTO:

Escurrimiento irrotacional Escurrimiento rotacional

2.6)

SEGUN MOVIMIENTO CON o SIN USO DE MAQUINAS: Movimiento o circulación FORZADA (con máquinas, ejemplo: bombas) Movimiento o circulación NATURAL (sin la acción de máquinas)...