Transferencia De Calor Y Masa
Páginas: 61 (15068 palabras)
Publicado: 6 de febrero de 2013
Capítulo
3
TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA.
3.1.- Flujo viscoso.
Claramente, todos los fluidos son viscosos, pero en ciertas situaciones y bajo ciertas condiciones, un fluido puede ser considerado ideal o no viscoso. Nuestra tarea en este capítulo es considerar fluidos viscosos y el papel de la viscosidad conforme afecta al flujo. Es de particular interés elflujo pasando la superficie de un sólido y las interrelaciones entre las superficies y el fluido fluyendo.
3.2.- Experimento de Reynolds.
La existencia de dos tipos de flujo viscoso es un fenómeno aceptado universalmente. El humo que emana de un cigarro encendido es visto como un flujo suave y uniforme durante una longitud pequeña de su fuente, después ocurre un cambio abrupto a un flujomuy irregular, con un patrón inestable. Un comportamiento similar puede ser observado para agua que fluye lentamente en un grifo.
El flujo bien ordenado ocurre cuando las capas de fluido adyacente se deslizan suavemente una sobre la otra con mezclado entre las capas o flujo laminar que ocurre a nivel molecular. De este tipo de flujo, la relación de la viscosidad de Newton fue derivada,con el objetivo de medir la viscosidad, el flujo laminar debe existir.
El segundo régimen de flujo, en dónde pequeños paquetes de partículas de fluido son transferidas entre las capas, dándole una naturaleza oscilatoria, a esto se le llama régimen de flujo turbulento.
La existencia del flujo turbulento y laminar, aunque reconocido hace poco, fue descrito primero por Reynolds en 1883. Suexperimento clásico es ilustrado en la figura 3.1. El agua fluye a través de tubos transparentes cuyo flujo es controlado por una válvula. Se introduce tinta con la misma gravedad específica que el agua dentro del tubo abierto y se observa su comportamiento para flujo de agua en tubos progresivamente mas largos. A bajos velocidades de flujo, los patrones de la tinta fueron regulares y se forma una sololínea de color como se muestra en la figura 3.1(a). A altas velocidades de flujo, sin embargo, la tinta se dispersa a través del tubo debido a un movimiento muy irregular del fluido.
[pic]
Figura 3.1.- Experimento de Reynolds.
La diferencia en la apariencia de la tinta se debe a la naturaleza ordenada del flujo laminar para el primer caso y el carácter aleatorio del flujo turbulento en elúltimo caso. La transición del flujo laminar al turbulento, es una función de la velocidad de flujo. Reynolds encontró en la única variable que determina la naturaleza del flujo en tubos, siendo las otras variables el diámetro del tubo, la densidad del fluido y la viscosidad del fluido. Estas cuatro variables combinadas en un parámetro adimensional tiene la forma:[pic] (3.1)
Este es el número de Reynolds nombrado en honor a Osborne Reynolds por sus importantes contribuciones a la mecánica de fluidos (2).
3.2.- Deslizamiento.
El experimento de Reynolds claramente demostró los dos regímenes diferentes de flujo: Laminar y turbulento. Otra manera deilustrar estos regímenes de flujo diferentes y sus dependencias con el número de Reynolds es a través de la consideración del arrastre o deslizamiento. Un caso ilustrativo particularmente es el del fluido externo. (Por ejemplo flujo alrededor de un cuerpo como lo contrario a flujo en el interior de un tubo).
La fuerza de deslizamiento debida a la fricción es causada por el esfuerzocortante en la superficie de un objeto sólido moviéndose a través de un fluido viscoso, tal como el granizo. El deslizamiento friccional es evaluado usando la expresión:
[pic] (3.3)
Donde F es la fuerza, A es el área de contacto entre el cuerpo sólido y el fluido, Cf es el...
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TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA.
3.1.- Flujo viscoso.
Claramente, todos los fluidos son viscosos, pero en ciertas situaciones y bajo ciertas condiciones, un fluido puede ser considerado ideal o no viscoso. Nuestra tarea en este capítulo es considerar fluidos viscosos y el papel de la viscosidad conforme afecta al flujo. Es de particular interés elflujo pasando la superficie de un sólido y las interrelaciones entre las superficies y el fluido fluyendo.
3.2.- Experimento de Reynolds.
La existencia de dos tipos de flujo viscoso es un fenómeno aceptado universalmente. El humo que emana de un cigarro encendido es visto como un flujo suave y uniforme durante una longitud pequeña de su fuente, después ocurre un cambio abrupto a un flujomuy irregular, con un patrón inestable. Un comportamiento similar puede ser observado para agua que fluye lentamente en un grifo.
El flujo bien ordenado ocurre cuando las capas de fluido adyacente se deslizan suavemente una sobre la otra con mezclado entre las capas o flujo laminar que ocurre a nivel molecular. De este tipo de flujo, la relación de la viscosidad de Newton fue derivada,con el objetivo de medir la viscosidad, el flujo laminar debe existir.
El segundo régimen de flujo, en dónde pequeños paquetes de partículas de fluido son transferidas entre las capas, dándole una naturaleza oscilatoria, a esto se le llama régimen de flujo turbulento.
La existencia del flujo turbulento y laminar, aunque reconocido hace poco, fue descrito primero por Reynolds en 1883. Suexperimento clásico es ilustrado en la figura 3.1. El agua fluye a través de tubos transparentes cuyo flujo es controlado por una válvula. Se introduce tinta con la misma gravedad específica que el agua dentro del tubo abierto y se observa su comportamiento para flujo de agua en tubos progresivamente mas largos. A bajos velocidades de flujo, los patrones de la tinta fueron regulares y se forma una sololínea de color como se muestra en la figura 3.1(a). A altas velocidades de flujo, sin embargo, la tinta se dispersa a través del tubo debido a un movimiento muy irregular del fluido.
[pic]
Figura 3.1.- Experimento de Reynolds.
La diferencia en la apariencia de la tinta se debe a la naturaleza ordenada del flujo laminar para el primer caso y el carácter aleatorio del flujo turbulento en elúltimo caso. La transición del flujo laminar al turbulento, es una función de la velocidad de flujo. Reynolds encontró en la única variable que determina la naturaleza del flujo en tubos, siendo las otras variables el diámetro del tubo, la densidad del fluido y la viscosidad del fluido. Estas cuatro variables combinadas en un parámetro adimensional tiene la forma:[pic] (3.1)
Este es el número de Reynolds nombrado en honor a Osborne Reynolds por sus importantes contribuciones a la mecánica de fluidos (2).
3.2.- Deslizamiento.
El experimento de Reynolds claramente demostró los dos regímenes diferentes de flujo: Laminar y turbulento. Otra manera deilustrar estos regímenes de flujo diferentes y sus dependencias con el número de Reynolds es a través de la consideración del arrastre o deslizamiento. Un caso ilustrativo particularmente es el del fluido externo. (Por ejemplo flujo alrededor de un cuerpo como lo contrario a flujo en el interior de un tubo).
La fuerza de deslizamiento debida a la fricción es causada por el esfuerzocortante en la superficie de un objeto sólido moviéndose a través de un fluido viscoso, tal como el granizo. El deslizamiento friccional es evaluado usando la expresión:
[pic] (3.3)
Donde F es la fuerza, A es el área de contacto entre el cuerpo sólido y el fluido, Cf es el...
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