Mecánica de Fluidos II Informe N°01

INTRODUCCIÓN

Es de suma importancia el estudio de los conductos y el transporte de

los fluidos en éstos. En la vida diaria, por ejemplo: el agua que utilizamos

diariamente se transporta por medio de tuberías, además esta agua sale de

nuestras casas como aguas servidas y utilizan otros tipos de conductos para

transportarse. Así, En este informe se introducirá la teoría fundamental de flujo

y tipos de flujos en conductos (tuberías).

OBJETIVO

El objetivo principal es el transporte de fluidos a través de tuberías,

considerando en ello el tipo de flujo que es una parte necesaria pero

secundaria del proceso. Por ejemplo: en los sistemas de ventilación y

calefacción.

ANÁLISIS

El comportamiento de un fluido dentro de un conducto depende del tipo

de flujo que presenta y este a su vez también determina las pérdidas de

energía que se presentará dentro de éste. Así, todo lo anterior, conlleva a

analizar los conceptos Introducidos por Osborne Reynolds (Número de

Reynolds), que están estrechamente ligados con este tema. Para luego definir

en forma correcta los diversos tipos de flujos que se presentan en tuberías.

NÚMERO DE REYNOLDS

El comportamiento de un fluido, en particular en lo que se refiere a las

pérdidas de energía, depende de que el flujo sea laminar o turbulento. Por esta

razón, se necesita un medio para predecir el tipo de flujo sin tenerlo que

observarlo en realidad. Osborne Reynolds fue el primero en demostrar que es

posible pronosticar el flujo laminar o turbulento se conoce la magnitud de un

número adimensiona, la que hoy se denomina Número de Reynolds (NR):

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El número de Reynolds es la relación de la fuerza de inercia sobre un

elemento de fluido a la fuerza viscosa. La fuerza de inercia se desarrolla a

partir dela segunda ley de newton, la fuerza viscosa se relaciona con el

producto del esfuerzo cortante por el área.

Los flujos tienen NR grandes debido a una velocidad elevada y/o una

viscosidad baja, y tienden a ser turbulentos. Aquellos fluidos con viscosidad

alta y/o velocidades bajas, tendrán NR bajos y tendrán a comportarse en forma

laminar.

La fórmula para el NR adopta una forma diferente para secciones

transversales que no sean circulares, canales abiertos y el flujo alrededor de

cuerpos sumergidos.

FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERÍAS

Se dice que un flujo es confinado cuando el fluido que se mueve dentro

de la tubería lo llena por completo, si solo lo llena parcialmente se dice que es

un flujo libre, según lo anterior, a continuación solo veremos casos de flujos

confinados.

FLUJO LAMINAR

En flujo laminar, el fluido que conduce la tubería lo llena por completo

(flujo confiando), además, las partículas se mueven en direcciones paralelas

formando capas o láminas, el fluido es uniforme y regular. La viscosidad

domina el movimiento del fluido.

FLUJO TURBULENTO

En flujo turbulento, que para definición en este caso lo consideraremos

también como flujo confinado, las partículas se mueven de forma desordenada

en todas las direcciones; es imposible conocer la trayectoria individual de cada

partícula. La caracterización del movimiento debe considerar los efectos de la

viscosidad y de la turbulencia.

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NÚMEROS DE REYNOLDS CRÍTICOS

Para aplicaciones prácticas del flujo en tuberías, encontramos que si el

NR para el flujo es menor que 2000, éste será laminar. Si el NR es mayor que

4000, el flujo será turbulento. En el rango de NR entre 2000 y 4000 es

imposible predecir qué flujo existe; por tanto, al flujo que presenta valores

dentro de ese rango se le denominará, región crítica. Si se encuentra que el

flujo es crítico no causa demasiadas dificultades, la práctica usual es cambiar la

tasa de flujo o diámetro del tubo para hacer que el flujo sea definitiva laminar o

turbulento. Entonces:

Si NR < 2000. El flujo es laminar.

Si NR > 4000. El flujo es turbulento.

CONCLUSIONES

1. Cuando el fluido dentro de una tubería lo llena por completo, se dice que

ese flujo es confinado, pero si lo llena parcialmente se le llama flujo

libre.

2. Por lo anterior, tanto un flujo laminar como un flujo permanente, dentro

de una tubería, son confinados. Un caso de flujo libre, viene a ser, por

ejemplo: Flujo En Canales Abiertos.

3. En un flujo laminar se caracteriza porque las fuerzas de inercia del fluido

en movimiento son muy bajas y la viscosidad es la fuerza dominante.

4. Mientras que en un flujo turbulento sucede lo contrario, es decir, que las

fuerzas de inercia predominan y las fuerzas viscosas son muy bajas.

5. En el caso de que un flujo sea crítico, la solución práctica es, cambiar el

diámetro de la tubería haciendo que el flujo sea o bien laminar o

turbulento.

RECOMENDACIONES

La manera más práctica de obtener el tipo de flujo dentro de una tubería,

es aplicar la ecuación de Número de Reynolds, no obstante se debe contar con

todos los datos que requiere esta ecuación para su aplicación.

Cuando surge el problema de flujo crítico la solución mas recomendada

es, cambiar la tasa de flujo o diámetro del tubo para hacer que el flujo sea

definitivamente laminar o turbulento.

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Los tipos de flujo en tuberías, no se pueden observar, pero para tener

noción de un flujo laminar se puede observar un canal abierto en donde el agua

discurre a una mínima velocidad. Es ahí donde se presenta este tipo de flujo.

Para tener una noción de un flujo turbulento es recomendable observar

detalladamente un río, porque es en este que se presenta este tipo de flujo.

BIBLIOGRAFÍA

Se tomo como referencia los siguientes libros y sitios web:

1. MECÁNICA DE FLUIDOS, 7ma Edición

Autores: Clayton T. Crowe, Donald F. Elger, Jonh A. Roberson.

2. MECÁNICA DE FLUIDOS, 6ta Edición

Autor: Robert L. Mott.

3. http://www.monografias.com/trabajos73/flujo-fluidos-tuberias/flujo-

fluidos-tuberias.shtml

4. http://www.arqa.com/web/usuarios/pardoaluma/

Flujo_tuberias_Cap_1_y_2.pdf

ANEXOS

No es común ver los tipos de flujos en tuberías, debido a que estas son

cerradas y de colores opacos, pero en la vida diaria sí podemos observar los

flujos que presenta el agua, por ejemplo: en canales abiertos:

Ilustración 1: flujo laminar en canales abiertos

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Ilustración 2: flujo turbulento en canales abiertos

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