Cinematica de fluidos

CINEMÁTICA DE FLUIDOS:

1. Concepto de Volumen de Control: Un volumen de control de es una región especifica del espacio que se elige para el análisis, es imaginario y no interfiere con el flujo, pudiendo se infinitesimalmente pequeño o finito y se puede mover o dejar fijo en el espacio.

Esto quiere decir que el volumen de control se refiere a una región de interés en el espacio cuyasfronteras entra y sale continuamente un fluido. A la frontera del volumen de control se le llama superficie de control; la forma y tamaño del volumen de control son enteramente arbitrarios.

2. Tipos de Flujo:

2.1. Flujo Laminar:
Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido, se le llama flujo laminar o fluido laminar; se denomina con este nombre al tipo de movimiento de unfluido cuando este es perfectamente ordenado, estratificado, suave, lo cual permite que el flujo se mueva en laminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos lados paralelos o en capas cilíndricas coaxiales. Para este caso el mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. También podemos denotar que este es un flujo aerodinámico, y se sabe que en dichos flujos cadapartícula sigue una trayectoria suave llamada línea de corriente.


Flujo laminar de un fluido perfecto
en torno al perfil de un objeto


Flujo laminar

2.2. Flujo Turbulento:
Este tipo de flujo es el que mas se presenta en la practica de ingeniería, en este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en formas erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un ordenestablecido, 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.

En este tipo de flujos las partículas pueden tener tamaños que van desde muy pequeñas, del orden de unos cuantos millares de moléculas, hasta las muy grandes del orden de millares de pies cúbicos deun gran remolino dentro de un río o en una ráfaga de viento.

Cuando se compara un flujo turbulento con uno que no lo es, en igualdad de condiciones se puede encontrar que la turbulencia se desarrollan mayores esfuerzos cortantes en los fluidos, al igual que las perdidas de energía mecánica, que a su vez varían con la primera potencia de la velocidad.

La ecuación para flujo turbulento sepuede escribir de una forma análoga a la ley d Newton de la viscosidad:


Donde:
n= viscosidad aparente, es un factor que depende del movimiento del fluido y su densidad.

Algunos de los factores que hacen que un flujo se torne turbulento son los siguientes:

La alta rugosidad de la superficie de contacto con el flujo, sobre todo cerca del borde de ataque y a altas velocidades, irrumpe en lazona laminar de flujo y lo vuelve turbulento.
Alta turbulencia en el flujo de entrada. En particular para pruebas de túneles de viento, hace que los resultados no sean nunca iguales entre dos túneles diferentes.
Gradientes de presión adversos como los que se generan en cuerpos gruesos, penetran por atrás el flujo y a medida que se desplazan hacia adelante lo arrancan.
Calentamiento de lasuperficie por el fluido, asociado y derivado del concepto de entropía, si la superficie de contacto esta muy caliente, transmitirá esa energía al fluido y si esta transferencia el lo suficientemente grande se transformará a turbulento.

 

Flujos turbulentos

2.3. Flujo Permanente o Estacionario:
Un flujo permanente es aquel en el que las Propiedades Fluidas permanecenconstantes en el tiempo, aunque puedan no ser constantes en el espacio; las características del flujo como son: velocidad, caudal y calado son independientes del tiempo y pueden variar a lo largo del canal.

2.4. Flujo No Permanente o Transitorio:
Es entonces aquel flujo en el cual sí se presentan cambios en sus características a lo largo del tiempo para el cual se analiza; y dichas características...