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Facultad de Química

UA: flujo de Fluidos

Tarea 1: “fluidos y su clasificación”

Realizado por:

Eder Yair Nolasco Terrón

18 de agosto de 2013

Grupo: 55 PE: IQ semestre: quinto

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Fluidos y su clasificación

Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas hay una fuerza de atracción débil. Los fluidos se caracterizan por cambiar de forma sin que existan fuerzas restituidas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable). Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles y/o las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases.

Características de los fluidos:

a) Movimiento no acotado de las moléculas: Son infinitamente deformables, los desplazamientos que un punto material o molécula puede alcanzar en el seno del fluido no están acotados. Esto se debe a que sus moléculas no tienen una posición de equilibrio, como sucede en los sólidos donde la mayoría de moléculas ejecutan pequeños movimientos alrededor de sus posiciones de equilibrio.

b) Compresibilidad: Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los líquidos son altamente incompresibles a diferencia de los gases que son altamente compresibles.

c) Viscosidad: aunque la viscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos. La viscosidad hace que la velocidad de deformación puede aumentar las tensiones en el seno del medio continuo, es decir, nos permite predecir la velocidad de un fluido y como este afecta al transporte de masa de un lugar a otro, sabiendo que intervienen variables como la densidad, la temperatura y la presión

d) Distancia Molecular Grande: Esta es unas características de los fluidos la cual sus moléculas se encuentran separadas a una gran distancia en comparación con los sólidos y esto le permite cambiar muy fácilmente su velocidad debido a fuerzas externas y facilita su compresión.

e) Fuerzas de Van der Waals: Esta fuerza fue descubierta por el físico holandés Johannes Van der Waals, el físico encontró la importancia de considerar el volumen de las moléculas y las fuerzas intermoleculares y en la distribución de cargas positivas y negativas en las moléculas estableciendo la relación entre presión, volumen, y temperatura de los fluidos.

f) Ausencia de memoria de forma: es decir, toman la forma del recipiente que lo contenga, sin que existan fuerzas de recuperación elástica como en los sólidos. Debido a su separación molecular los fluidos no poseen una forma definida por tanto no se puede calcular su volumen o densidad a simple vista, para esto se introduce el fluido en un recipiente en el cual toma su forma y así podemos calcular su volumen y densidad, esto facilita su estudio.

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La clasificación de un fluido depende de sus características físicas, es decir, se encuentra que los fluidos se pueden clasificar de acuerdo al estado de la materia, por el perfil de velocidad que puedan presentar, si es régimen estático o dinámico, etc. A continuación se presenta una tabla con la clasificación detallada de los tipos de fluidos presentes en la vida cotidiana y los más usados en ingeniería:

1) De acuerdo al estado de la materia:

Se clasifican en:

Gases

Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas intereaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura.

Liquidos

El líquido es un estado de agregación de la materia en forma altamente incompresible (lo que significa que su volumen es, muy aproximadamente, constante en un rango grande de presión).Las moléculas de los líquidos no están tan próximas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases. Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se dilatan cuando se incrementa su temperatura y pierden volumen cuando se enfrían, aunque sometidos a compresión su volumen es muy poco variable a diferencia de lo que sucede con otros fluidos como los gases.

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2) De acuerdo a su viscosidad y a su esfuerzo cortante:

Se clasifican en:

Newtonianos

Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. Los fluidos newtonianos son uno de los fluidos más sencillos de describir. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su velocidad de deformación es lineal. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua. se rige por la ey de Newton del esfuerzo cortante:

No Newtonianos

Un fluido no newtoniano es aquel fluido 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. Como la viscosidad no es suficiente para definir a estos tipos de fluidos, es necesario clasificarlos de acuerdo a sus propiedades reologicas que se dan en este hipervinculo: Tipos de fluidos No Newtonianos

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3) De acuerdo a su velocidad de flujo regido por el Número de Reynolds:

se clasifican en :

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.

Transición (

Aqui no se sabe con exactitud que tipo de fluido predomina mas, ya que se comporta como fluido laminar y turbulento, es decir, se encuentran las placas laminares en conjunto con pequeñas irregularidades o torbellinos en el mismo, por eso recibe el nombre de transicion

Turbulento(

Este tipo de fluido es el mas usado en ingenieria. 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.

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4) Debido a sus cambios de densidad con respecto al tiempo:

se clasifican en

compresibles

Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables, por fuerzas externas o variables termodinamicas, la densidad varia de acuerdo con las condiciones del sistema, es decir:

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incompresibles

Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujo, es decir, cumplen con la siguiente ecuacion:

Lo anterior no exige que la densidad sea constante en todos los puntos. Si la densidad es constante, obviamente el flujo es incompresible, pero seria una condición mas restrictiva.

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5) Por la variación de velocidad con respecto al tiempo

se clasifican en

permanente(estacionario)

se caracteriza porque las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que permanecen constantes o bien, si las variaciones en ellas son tan pequeñas con respecto a los valores medios. Así mismo en cualquier punto de un flujo permanente, no existen cambios en la densidad, presión o temperatura con el tiempo, es decir:

donde N es la densidad, presion, temperatura, etc.en forma integral:

no permanente(no estacionario)

En este tipo de flujo en general las propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no permanente, es decir:

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6) Por magnitud y dirección de la velocidad de fluido

se clasifican en

uniforme

Este tipo de flujos son poco comunes y ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado o expresado matemáticamente:

=0

no uniforme

Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de la viscosidad

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7) Por efectos del vector velocidad

se clasifican en

rotacional

Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos

valores distintos de cero, para cualquier instante.

irrotacionalAl contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se

caracteriza porque dentro de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para cualquier punto e instante.

En el flujo irrotacional se exceptúa la presencia de singularidades vorticosas, las cuales son causadas por los

efectos de viscosidad del fluido en movimiento.

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se clasifican en

unidimensional

Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento. Dichos flujos se dan en tuberías largas y rectas o entre placas paralelas.

bidimensional

Es un flujo en el que el vector

velocidad sólo depende de dos

variables espaciales.

En este tipo de flujo se supone que todas las

partículas fluyen sobre planos paralelos a lo largo

de trayectorias que resultan idénticas si se comparan los

planos entre si, no existiendo

tridimensional

El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso mas general en que las componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las coordenadas espaciales x, y, z, y del tiempo t.

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8) Fluido ideal: Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. La hipótesis de un flujo ideal es de gran utilidad al analizar problemas que tengan grandes gastos de fluido, como en el movimiento de un aeroplano o de un submarino. Un fluido que no presente fricción resulta no viscoso y los procesos en que se tenga en cuenta su escurrimiento son reversibles.

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Bibliografía

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/clasificaciondelflujo/clasificaciondelflujo.html

Crean. CO, Flujo de fluidos en válvulas y accesorios, Edit. McGraw Hill, Naucalpan de Juárez, Méx.1992, pop: 1-4:1-6

McCabe L. Worren, Smith Julian C., Harriot Peter, Operaciones unitarias en Ingeniería Química, 4° edición, Edit. McGraw Hill, Madrid, España., 1985, pp: 83-122