UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA CIVIL

TIPOS DE FLUJOS

REA DE HIDRULICA, CURSO HIDRAULICA, SECCIN __P___INGENIERA KARLA GIOVANNA PREZ LOARCACRISTBAL DE JESS CASTELLANOS BLANCO2012-12836

GUATEMALA, ___5/12/2013_______

INDICE

INTRODUCCION.1 OBJETIVOS.2 MARCO TEORICO3-7 CONCLUSIONES....8 BIBLIOGRAFIA9 ANEXOS.10

I. INTRODUCCION

Cuando un cuerpo slido se mueve en el seno de un fluido, se originan una serie de fuerzas sobre dicho cuerpo. El origen de esas fuerzas se debe a la viscosidad del fluido y a la resultante de las fuerzas debidas a las presiones normales a la superficie exterior del cuerpo slido. Por el principio de accin y reaccin, el cuerpo ejerce sobre el fluido una fuerza igual y de sentido contrario a la que el fluido ejerce sobre el slido Introduccin. Actos tan cotidianos como tomar una ducha, respirar o beber agua, requieren necesariamente la circulacin de fluidos. El estudio de la mecnica de fluidos puede ayudarnos tanto para comprender la complejidad del medio natural, como para mejorar el mundo que hemos creado. Si bien la mecnica de fluidos est siempre presente en nuestra vida cotidiana, lo que nos falta conocer es como se expresa esta informacin en trminos cuantitativos, o la manera en que se disean sistemas con base en este conocimiento, mismos que se utilizaran para otros fines.El conocer y entender los principios bsicos de la mecnica de fluidos es esencial en el anlisis y diseo de cualquier y sistema en el cual el fluido es el elemento de trabajo. Hoy en da el diseo de virtualmente todos los medios de transporte requiere la aplicacin de la mecnica de fluidos. El diseo de turbo maquinarias como bombas, hlices y turbinas de todo tipo requieren claramente de conocimientos de mecnica de fluidos. La lubricacin es tambin un rea de aplicaciones importantes. Los sistemas de calefaccin y de ventilacin, tanto de viviendas e industrias como de construcciones subterrneas, tneles y otros, as como el diseo de sistemas de caeras son ejemplos en los cuales las tcnicas de diseo estn basadas en la mecnica de fluidos. Incluso el sistema de circulacin del cuerpo humano es un sistema fluido; de ah que se d el diseo deCorazones artificiales, maquinas de dilisis, ayudas respiratorias y otros aparatos de este tipo estn basados en los principios de la mecnica de fluidos. Esto ha dado origen a la aerodinmica y la hidrulica dos ramas importantes de la mecnica de fluidos.

II. OBJETIVOSGENERAL: Conocer los diferentes tipos de flujos que existen tanto sus caractersticas como sus formas de aplicacin.

ESPECIFICOS: Conocer cules son las aplicaciones que se les puede asignar a cada uno de los tipos de fluidos que se encuentran para poder analizar cules son las caractersticas que distinguen a cada uno de ellos.

Conocer cmo se pueden aplicar estos tipos de fluidos a la vida real y cotidiana para conocer qu tipos de materiales son los utilizados con estos fluidos.

III. TIPOS DE FLUJO

La clasificacin de los flujos obedece a la variable que sea de inters en una situacin dada. Esas variables pueden referirse al fluido o al flujo mismo, y entre ellas se pueden mencionar la viscosidad y la densidad del fluido, o la permanencia, el orden, la regin, la vorticidad y el comportamiento espacial del flujo. Cada caracterstica del fluido o del flujo originar una clasificacin particular y existen muchas otras propiedades y caractersticas que se pueden agregar a las enunciadas.Viscosidad del fluidoSi el fluido que forma el flujo es real su viscosidad es positiva y se tratar de un flujo real. Para ciertas aproximaciones se ignorar el efecto de la viscosidad y se le asignar un valor nulo a la resistencia viscosa. En ese caso el fluido es ideal y el flujo as formado tambin lo ser.Densidad del fluidoSi el flujo se da para un fluido de densidad constante, el fluido y el flujo se denominarn incompresibles. El flujo ser compresible si el fluido que lo origina lo es y en ese caso la funcin de densidad ser un campo escalar de posicin y tiempo.Permanencia del flujoSi las caractersticas del flujo son invariantes en el tiempo, esto es, permanecen, se dir que el flujo es permanente, de lo contrario se clasificar como flujo no permanente. Una caracterstica particularmente importante desde este punto vista es la velocidad. As se tendrn campos de velocidad para flujos permanentes o para flujos no permanentes:Flujo no permanente:V=V(x, y, z, t)Flujo permanente:V=V(x, y, z)

Orden del flujoEl orden del flujo dar origen a los flujos laminares o turbulentos. Esta caracterstica depende de la combinacin de las propiedades del flujo, del fluido y de la regin de flujo. En el flujo laminar las partculas viajan siguiendo trayectorias muy definidas, sean rectilneas o curvilneas, sin variaciones macroscpicas de la velocidad, de manera que unas capas o lminas de flujo se deslizan o escurren las unas sobre las otras. En el flujo turbulento ocurren fluctuaciones irregulares del flujo, las partculas intercambian cantidad de movimiento lineal y angular. El asunto fue abordado por Osborne Reynolds quien en la Inglaterra de 1883 logr establecer los criterios para la clasificacin de los flujos desde este punto de vista. Este criterio es el nmero de Reynolds (R=rVD/m) que indica flujo laminar para valores bajos y flujo turbulento para valores altos y muestra la influencia que tienen las variables del fluido (r,m), las del flujo (V) y las de la regin del flujo (D) en el orden del movimiento de las partculas fluidas.Regin de flujoLos flujos reales ocurren en el espacio y por consiguiente sus caractersticas, estrictamente, varan en tres coordenadas espaciales y en el tiempo. Esos son los flujos tridimensionales.En muchos casos prcticos, con resultados satisfactorios, se ignora la variacin de las propiedades del fluido y de las caractersticas del flujo a lo largo de una de las direcciones del espacio y se obtiene un flujo bidimensional. En el caso real se puede estudiar un flujo con esta simplificacin y posteriormente introducir las correcciones en los bordes o fronteras de la regin de flujo para lograr la conformidad con la naturaleza. Ejemplos de estas situaciones son aquellas que se dan en el flujo alrededor de la pila sumergida de un puente, o alrededor de un perfil alar, o sobre la cresta de un vertedero de caudales mximos en una presa.En otras situaciones se puede simplificar an ms el flujo que se estudia y considerar que la variacin de las propiedades del fluido y las caractersticas medias del flujo varan solamente a lo largo de una direccin en el espacio y con el tiempo. Ejemplos de tales situaciones son el flujo a lo largo de una tubera o de un canal donde se considera que las propiedades del fluido y las caractersticas medias del flujo tienen valores que solamente dependen de la abscisa a lo largo del conducto y del tiempo. Para este caso puede ser muy til el sistema coordenado de lnea (s, t).

Vorticidad del flujoUna partcula fluida, en el seno de un medio fluido en movimiento, est sometida a esfuerzos normales (presin) y cortantes (friccin) y como consecuencia de la accin combinada de los esfuerzos cortantes que soporta puede rotar sobre alguno o algunos de sus ejes. La velocidad angular es particular alrededor de cada eje. La combinacin de esas velocidades angulares origina que la partcula rote en el espacio con mayor o menor rapidez, o que no rote en absoluto respecto a ningn eje. En parte eso depende de la distribucin de velocidades a lo largo de cada una de las direcciones espaciales y de la viscosidad misma del fluido.Si alguna partcula del flujo rota se dir que el flujo es rotacional. Si ninguna partcula lo hace se dir que el flujo es irrotacional.Analticamente se encuentra que esto queda expresado por el vector vorticidad que no es ms que la aplicacin del operador rotacional al campo de velocidades:

Flujo rotacional, si la vorticidad es diferente de ceroExtensin del campo de flujoEl flujo interno corresponde al flujo en una regin limitada, el flujo externo se refiere al flujo en una regin no limitada, donde el foco de atencin est en el patrn de flujo alrededor de un cuerpo sumergido en el fluido.Flujos incompresibles estacionario en conductos a presinEstos flujos cumplen el llamado teorema deBernoulli, enunciado por el matemtico y cientfico suizo Daniel Bernoulli. El teorema afirma que la energamecnicatotal de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es constante a lo largo de una lnea de corriente. Las lneas de corriente son lneas de flujo imaginarias que siempre son paralelas a ladireccindel flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partculas individuales de fluido. El teorema de Bernoulli implica una relacin entre los efectos de la presin, la velocidad y la gravedad, e indica que la velocidad aumenta cuando la presin disminuye. Para elautor John Muller: "Este principio es importante para la medida de flujos, y tambin puede emplearse para predecir lafuerzade sustentacin de un ala en vuelo.

Flujo Laminar y Turbulento.Los primerosexperimentoscuidadosamente documentados del rozamiento en flujos de baja velocidad a travs de tuberas fueron realizados independientemente en 1839 por el fisilogo francs Jean Louis Marie Poiseuille, que estaba interesado por las caractersticas del flujo de lasangre, y en 1840 por el ingeniero hidrulico alemn Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen. El primer intento de incluir los efectos de laviscosidaden lasecuacionesmatemticasse debi al ingeniero francs Claude Louis Marie Navier en 1827 e, independientemente, al matemtico britnico George Gabriel Stokes, quien en 1845 perfeccion las ecuaciones bsicas para los fluidos viscosos incompresibles. Actualmente se las conoce como ecuaciones de Navier-Stokes, y son tan complejas que slo se pueden aplicar a flujos sencillos. Uno de ellos es el de un fluido real que circula a travs de una tubera recta.El teorema de Bernoullino se puede aplicar aqu, porque parte de la energamecnicatotal se disipa como consecuencia del rozamiento viscoso, lo que provoca una cada de presin a lo largo de la tubera. Las ecuaciones sugieren que, dados una tubera y un fluido determinados, esta cada de presin debera ser proporcional a la velocidad de flujo. Los experimentos realizados por primera vez a mediados del siglo XIX demostraron que esto slo era cierto para velocidades bajas; para velocidades mayores, la cada de presin era ms bien proporcional al cuadrado de la velocidad.Segn James A. Fay:"Los flujos turbulentos no se pueden evaluar exclusivamente a partir de las predicciones calculadas, y suanlisisdepende de una combinacin dedatosexperimentales ymodelosmatemticos"; gran parte dela investigacinmoderna en mecnica de fluidos est dedicada a una mejor formulacin de la turbulencia. Puede observarse la transicin del flujo laminar al turbulento y la complejidad del flujo turbulento cuando el humo de un cigarrillo asciende en aire muy tranquilo. Al principio, sube con unmovimientolaminar a lo largo de lneas de corriente, pero al cabo de cierta distancia se hace inestable y se forma unsistemade remolinos entrelazados.Los flujos viscosos se pueden clasificar en laminares o turbulentos teniendo en cuenta laestructurainterna del flujo. En un rgimen laminar, la estructura del flujo se caracteriza por el movimiento de lminas o capas. La estructura del flujo en un rgimen turbulento por otro lado, se caracteriza por los movimientos tridimensionales, aleatorios, de las partculas de fluido, superpuestos al movimiento promedio.

En un flujo laminar no existe unestadomacroscpico de las capas de fluido adyacentes entre s. Un filamento delgado de tinta que se inyecte en un flujo laminar aparece como una sola lnea; no se presenta dispersin de la tinta a travs del flujo, excepto una difusin muy lenta debido al movimiento molecular. Por otra parte, un filamento de tinta inyectado en un flujo turbulento rpidamente se dispersa en todo el campo de flujo; la lnea del colorante se descompone en una enredada maraa de hilos de tinta. Estecomportamientodel flujo turbulento se debe a las pequeas fluctuaciones de velocidad superpuestas al flujo medio de un flujo turbulento; el mezclado macroscpico de partculas pertenecientes a capas adyacentes de fluido da como resultado una rpida dispersin del colorante. El filamento rectilneo de humo que sale de un cigarrillo expuesto a unambiente tranquilo, ofrece unaimagenclara del flujo laminar. Conforme el humo contina subiendo, se transforma en un movimiento aleatorio, irregular; es un ejemplo de flujo turbulento.El que un flujo sea laminar o turbulento depende de las propiedades del caso. As, por ejemplo, lanaturalezadel flujo (laminar o turbulento) a travs de un tubo se puede establecer teniendo en cuenta el valor de un parmetro a dimensional, el nmero de Reynolds,Re =pVD/u, donde p es la densidad del fluido, V la velocidad promedio, D el dimetro del tubo y u la viscosidad.El flujo dentro de una capa lmite puede ser tambin laminar o turbulento; las definiciones de flujo laminar y flujo turbulento dadas anteriormente se aplican tambin en este caso. Como veremos ms adelante, las caractersticas de un flujo pueden ser significativamente diferentes dependiendo de que la capa. Lmite sea laminar o turbulenta. Losmtodosde anlisis tambin son diferentes para un flujo laminar que para un flujo turbulento. Por lo tanto, al iniciar el anlisis de un flujo dado es necesario determinar primero si se trata de un flujo laminar o de un flujo turbulento. Veremos ms detalles a este respecto en captulos posteriores.

IV. BIBLIOGRAFIA

Libros Consultados:

Fundamentos de Mecnica de Fluidos (2Edicin). P. Gerhart, R. Gross y J. Hochstein. Adison-Wesley Iberoamericana 1995. Pg.( 14 -16) Mecnica de Fluidos. Frank M. White. McGraw Hill 1979. Mecnica de los Fluidos (8 Edicin). Victor L. Streeter y E. Benjamin Wylie. McGraw Hill 1986. IngenieraQumica, Tomos 2 y 3. E. Costa Novella y otros. 1984. AlhambaUniversidad. Mecnica de fluidos. A. Crespo. Publicaciones E.T.S.I.I.Madrid. 1989 La mecnica de los fluidos. I.H. Shames. Editorial Castillo. 1979.

V. ANEXOS

InstrumentacinBsica.APARATO MEDIDOR DE FLUJO

Descripcindelbancode prueba:El fluido, en este casoagua; es bombeado al aparato por el extremo inferior izquierdo y fluye primeramente a travs del Venturis, a continuacin por la expansin brusca (Tobera), Orificio y finalmente por el Rotmetro. Al salir del Rotmetro,el aguapasa por una vlvula de control conectada al tanque de pesaje, el cual est en el interior de un Banco Hidrulico que entrega agua al aparato medidor de flujo utilizando una bomba instalada en el Banco.Las presiones estticas de cada punto a travs del sistema demedicinson registradas por medio de un manmetro multi-tubular transparente, el mismo que puede ser presurizado para evitar tener una columna de agua muy alta, ya que slo nos interesa el diferencial de presin.Este aparato permite al estudiante familiarizarse con algunos de los mtodos tpicos de medicin de flujo de un fluido incompresible, al mismo que se demuestra las aplicaciones de la ecuacin de Bernoulli.La medicin del flujo se la hace utilizando un tanque pesaje y un cronmetro, el cual se lo va a considerar como flujo msico de calibracin; para poder comparar con cada uno de los medidores como: Venturi, Tobera, Orificio y un Rotmetro conectados en serie, los cuales son objeto de calibracin. A partir de la diferencia entre la curva de calibracin (tanque de pesaje y cronmetro) y los flujos msicos ideales calculados a partir de la ecuacin de Bernoulli, que est en funcin de las presiones medidas y de la relacin de dimetros de cada medidor, se puede calcular el coeficiente de descarga de cada medidor.

VI. CONCLUSIONES

En el caso de ladinmicade fluidos, el autor R.L Street. Menciona que: "las nicas fuerzas de superficie son las provocadas por la presin, que sumadas a las dems fuerzas, o de gravedad, son las responsables del movimiento del fluido". Bajo estas condicioneNewtonrepresento su segunda ley, aplicada a un elemento fluido, o ecuacin de cantidad de movimiento, la que se conoce como ecuacin de Euler.

La dinmica ohidrodinmicade fluidos ya comprenden clculos matemticos mediante formulas complejas, las cuales correspondern a movimientos de flujos sin comprimir. De aqu se deriva una ramificacin de la dinmica y as mismo de la mecnica de fluidos: el flujo incompresible y sin rozamiento, el cual es experimentado por la segunda ley de Newton; pero adems ya participan mayor nmero de investigadores acerca del tema (Bernoulli, Evangelista, Torricelli,Pascal, etc.).Al final se deduce que la gravedad junto con otras fuerzas influye para que haya movimiento de un flujo.