MF_Tema_6_Flujos_internos

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Mecánica de Fluidos

Tema 6

FLUJOS INTERNOS
Introducción
El objeto de este tema es el estudio de los flujos reales (viscosos) en el interior de conductos, ya sean circulares o de
otras formas. Es decir todos aquellos flujos limitados por superficies sólidas.
Cuando se trata con flujos reales las fuerzas viscosas suelen tener una gran importancia ya que producen esfuerzos
cortantes con elmovimiento del fluido.

Flujo laminar y flujo turbulento
Los flujos viscosos se pueden clasificar en laminares y turbulentos, tendiendo en cuanta la estructura interna de flujo.
En un flujo laminar, la estructura del flujo se caracteriza por el movimiento en láminas o capas.
En régimen turbulento la estructura del flujo se caracteriza por movimientos tridimensionales aleatorios de las partículas
defluido, superpuesto al movimiento promedio.
Un parámetro muy importante en los flujos reales es el número de Reynolds, que se define como el cociente entre las
fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas, y se suele expresar como:

Re =

Vρ l

μ

Turbulento

La importancia de este parámetro radica principalmente en el hecho de permitir
definir si el flujo es laminar o turbulento. Esto ya que muchosestudios empíricos
han permitido estimar, en función del número de Reynolds, el tipo de flujo que se
tiene. Es así por ejemplo que se sabe que para números de Reynolds pequeños
(Re<2000 en tuberías o Re<1500 en un canal abierto, considerándose Re=2300
como el punto de transición) se tendrán flujos laminares en cambio si se tienen
números de Reynolds grandes se tendrán flujos turbulentos.

LaminarExisten pocos casos en la naturaleza de flujo laminar, un ejemplo particular es el
flujo sanguíneo, y algunos sectores del flujos lentos como al inicio del movimiento
de una columna de humo (humo del cigarrillo por ejemplo).
Un experimento clásico para mostrar las diferencias cualitativas entre el flujo laminar y el flujo turbulento es el inyectar
un delgado filamento de tinta en un flujo. Cuandola velocidad del flujo es baja (bajo número de Reynolds) la tinta
inyectada permanece en un solo filamento, porque el flujo es laminar, y no hay mezcla entre las diferentes capas de
fluido. Mientras que para flujos altos (alto número de Reynolds) el filamento de tinta se vuelve inestable y se rompe en
un movimiento aleatorio, la línea de tinta se estira y se tuerce y rápidamente se dispersa portodo el campo de flujo.
La solución de las ecuaciones de flujo pueden resolverse analíticamente para algunos casos sencillos de flujos laminares.
Pero en el caso de flujo turbulento esto no es posible, por lo tanto se deberá confiar en teorías semiempíricas y datos
experimentales.

Flujo de entrada y flujo desarrollado
Al ingresar un fluido en un conducto el flujo comienza a variar para adaptarse alconducto, en esta parte del conducto el
perfil de velocidades del flujo varía en la dirección del flujo, y este se denomina flujo de entrada. Se dice que el fluido es
completamente desarrollado cuando el perfil de velocidades del flujo deja de cambiar en la dirección del flujo.
Si idealizamos este flujo podremos observar que a la entrada el flujo se comporta como un flujo uniforme, luego apareceuna capa de pared viscosa en las inmediaciones de la pared del tubo que crece a lo largo de la longitud del tubo, hasta
que los esfuerzos viscosos dominan toda la sección del tubo, después el perfil sigue cambiando por efecto de los
esfuerzos viscosos hasta obtener un flujo completamente desarrollado. La figura siguiente ilustra este fenómeno.

Jean-François DULHOSTE – Escuela de IngenieríaMecánica - ULA

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Mecánica de Fluidos

Longitud de desarrollo de perfil

Li longitud de centro
no viscoso

u(x,y)

u(y)

LE longitud de entrada
Este fenómeno es similar para flujos laminares o turbulentos, diferenciándose solo por las longitudes necesarias para
obtener un perfil completamente desarrollado.
En el caso de un flujo laminar, por ejemplo se admite que si se trata de flujo en una tubería...