Mecanica de los Fluidos I

MECANICA DE LOS FLUIDOS I

Ecuación de continuidad:
Cuando un fluido fluye por un conducto de diámetro variable, su velocidad cambia debido a que la sección transversal varía de una sección del conducto a otra. En todo fluido incompresible, con flujo estacionario (en régimen laminar), la velocidad de un punto cualquiera de un conducto es inversamente proporcional a la superficie, en esepunto, de la sección transversal de la misma.
La ecuación de continuidad no es más que un caso particular del principio de conservación de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo de toda la conducción.
Dado que el caudal es el producto de la superficie de una sección del conducto por la velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dos puntos deuna misma tubería se debe cumplir que:
Que es la ecuación de continuidad y donde:
S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto.
v es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería.
Se puede concluir que puesto que el caudal debe mantenerse constante a lo largo de todo el conducto, cuando la sección disminuye, la velocidad del flujo aumenta enla misma proporción y viceversa.








En la imagen de la derecha puedes ver como la sección se reduce de A1 a A2. Teniendo en cuenta la ecuación anterior:

Es decir la velocidad en el estrechamiento aumenta de forma proporcional a lo que se reduce la sección.

Ecuación de Bernoulli:
Constituye una expresión del principio de conservación de la energía. Se considera que en el flujoexisten tres tipos de energía: la energía cinética debida al movimiento, la energía de presión debida a la presión y la energía potencial gravitatoria debida a la elevación.



Cuando hay un conjunto de líneas de corriente en el flujo de un fluido las velocidades de estas líneas es diferente en cada una, por ello se introduce un coeficiente llamado COEFICIENTE DE CORIOLIS α la magnitud deeste coeficiente está entre 1 y 2, generalmente se usa 1.
Para puntos 1 y 2 de un sistema en el cual hay bombas, turbinas y se considera las pérdidas por fricción, el Bernoulli se expresa como:



Esta ecuación se conoce como ecuación general de la energía;


Flujo Laminar:
Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es mayor que la de fricción, las partículas sedesplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca energía, el resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectorias definidas, y todas las partículas que pasan por un punto en el campo del flujo siguen la misma trayectoria.
El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudalessuelen ser turbulentos.

Flujo Turbulento:
Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas vecinas al fluido, y estas adquieren una energía de rotación apreciable, la viscosidad pierde su efecto, y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria.  Al pasar de unas trayectorias a otras, las partículas chocan entre sí y cambian de rumbo en formaerrática.  Éste tipo de flujo se denomina "turbulento".
El flujo "turbulento" se caracteriza porque:
Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias  definidas.
La acción de la viscosidad es despreciable.
Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable, y se mueven en forma errática chocando unas con otras.
Al entrar las partículas  de fluido a capas de diferentevelocidad, su momento lineal aumenta o disminuye, y el de las partículas vecina la hacen en forma contraria.


Mediante colorantes agregados al agua  en movimiento demostró  que en el flujo laminar las partículas de agua y colorante se mueven siguiendo trayectorias definidas sin mezclarse, en cambio en el flujo turbulento las partículas de tinta se mezclan rápidamente con el agua.
Relación con...