1 DEFINICIONES Y CONCEPTOS PRELIMINARES SISTEMA FLUJO PROPIEDADES
DE UN FLUIDO VISCOSIDAD DE TURBULENCIA
2 Sistema Cualquier porción de materia a estudiar. Un
fluido será el sistema elegido. A la superficie, real o
imaginaria, que lo envuelve se llama límite, frontera o
contorno. El conjunto de varios sistemas puede formar uno solo; o
bien, un sistema puede descomponerse en muchos, incluso
infinitos, sistemas parciales.
3 Medio exterior de un sistema El conjunto de sistemas que
influye sobre el sistema en estudio será el medio exterior
de éste. El medio ambiente suele formar parte del medio
exterior. La influencia sobre el sistema puede ser térmica
debida a una diferencia de temperaturas, o mecánica debida
a una diferencia de presiones.
4 Clasificación de sistemas Sistema cerrado Es aquel cuya
masa no varía durante un cambio de situación; por
ejemplo, cuando el émbolo pasa de la posición I a
la posición II.
5 Sistema abierto, o flujo Es aquel que fluye con relación
a un contorno. volumen de control
6 FLUJO Sección transversal La que es perpendicular al eje
de simetría del flujo. Línea de flujo La formada
por la posición instantánea de una serie de
partículas, que forman como un hilo; cada partícula
ha de estar en la dirección del vector velocidad de la
anterior.
7 Tubo de flujo Una superficie (dS, por ejemplo) está
rodeada por líneas de flujo que formarán una
superficie tubular (como una tripa). Al fluido que circula en su
interior se le llama tubo de flujo.
8 Caudal Llamamos caudal (volumétrico) Q al volumen de
fluido que atraviesa una sección en la unidad de tiempo, y
caudal másico m a la masa correspondiente: . (Gp:) . (Gp:)
m
9 En función de la velocidad media V
10 En función de la velocidad media V
11 Clasificaciones de flujo Permanente, o estacionario Las
características medias no varían con el tiempo (AB
y CD). Variable, o transitorio Varían con el tiempo (BC);
por ejemplo, cuando maniobramos una válvula.
12 Uniforme La velocidad no varía en el trayecto (entre 1
y 2). No uniforme Cuando sí varía (entre 2 y V).
Clasificaciones de flujo
13 Laminar Flujo ordenado Turbulento Flujo desordenado laminar
turbulento Clasificaciones de flujo
14 Experimento de Reynolds Ensayó en qué
situación el régimen en una tubería circular
pasaba de laminar a turbulento, que es cuando dejaba de
visualizarse la línea teñida a su paso por A.
Más adelante veremos cuándo ocurre esto.
15 Osborne Reynolds Belfast (1842-1912)
16 PROPIEDADES DE UN FLUIDO Propiedades de un fluido son aquellas
magnitudes físicas cuyo valor nos define el estado en que
se encuentra. Son propiedades la presión, la temperatura
(común a todas las sustancias), la densidad, la
viscosidad, la elasticidad, la tensión superficial,
etc.
17 fluido a constante a varía Definición de un
fluido Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente
(ángulo a) cuando se le aplica un esfuerzo tangencial por
pequeño que sea. Con un dF, la placa se movería a
una velocidad du. sólido
18 Viscosidad Viscosidad (m) de un fluido es la resistencia a que
las distin- tas láminas deslicen entre sí. Ley de
Newton de la viscosidad La resistencia debida a la viscosidad
depende, además, de la variación de velocidad entre
las capas: velocidad de defor- mación (dv/dy). No es lo
mismo intentar sacar una cuchara de un tarro de miel despacio que
rápido (mayor resistencia).
19 (ley de Newton) dv´> dv Esfuerzo cortante t A dicha
resistencia, por unidad de superficie, que aparece entre dos
láminas deslizantes, cuya variación de velocidad es
dv y su separación dy es lo que se llama esfuerzo
cortante:
20 (ley de Newton) dv´> dv lubricación Esfuerzo
cortante t A dicha resistencia, por unidad de superficie, que
aparece entre dos láminas deslizantes, cuya
variación de velocidad es dv y su separación dy es
lo que se llama esfuerzo cortante: dv´= dv
21 Isaac Newton (Inglaterra 1643-1716)
22 Unidades de viscosidad dinámica en el S.I.
23 Unidades de viscosidad dinámica en el S.I. o bien (1 N
= 1 kg m/s2),
24 Viscosidad cinemática, n Por definición es el
cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad:
25 Viscosidad cinemática, n Por definición es el
cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad: En el S.I.
de Unidades:
26 En grados Engler (oE): En números SAE: A la temperatura
de 50 oC, Ver diagramas I y II, y tablas 4 (agua) y 5
(aire).
27
28
29
30
31 Causas de la viscosidad Cohesión molecular Intercambio
de cantidad de movimiento La viscosidad en los líquidos se
debe a la cohesión, y en los gases al intercambio de
cantidad de movimiento.
32 Causas de la viscosidad Cohesión molecular Intercambio
de cantidad de movimiento La viscosidad en los líquidos se
debe a la cohesión, y en los gases al intercambio de
cantidad de movimiento. La cohesión y por tanto la
viscosidad de un líquido disminuye al aumentar la
temperatura. Por el contrario, la actividad molecular y en
consecuencia la viscosidad de un gas aumenta con ella.
33 alta viscosidad
34 Agua: baja viscosidad
Aire: baja viscosidad
36 Coeficiente de compresibilidad k COMPRESIBILIDAD
37 Coeficiente de compresibilidad k COMPRESIBILIDAD Módulo
de elasticidad volumétrico K
38 Agua ps bar ts ºC Presión y temperatura de
saturación ts = t(ps) 0,01 7 1 100 2 120 20 212 40 250 60
276 80 295 100 311 150 342 200 366 220 374
39 Agua ps bar ts ºC Presión y temperatura de
saturación ts = t(ps) 0,01 7 1 100 2 120 20 212 40 250 60
276 80 295 100 311 150 342 200 366 220 374 En instalaciones
hidráulicas hay situacio- nes en las que la presión
del agua puede disminuir tanto, que llega a hervir. En una olla a
presión el agua hierve a mayor temperatura; por eso la
cocción es más rápida.
40 La burbujas de vapor de agua, si se formaran, llegan a zonas
de mayor presión, y el vapor se condensa bruscamente. Que-
dan unas cavidades vacías que son rellenadas con
ímpetu por el agua que las envuelve (se han llegado a
medir hasta el millar de atmósferas). Sólo duran
milésimas de segundo; serían como picotazos que
reciben las paredes, que serían corroídas en muy
poco tiempo. Cavitación
41 burbuja de vapor cavidad vacía implosión rodete
tubo de aspiración Por ejemplo, a la salida del rodete de
una turbina Francis conviene que el agua salga con bastante
depresión; aunque sólo hasta el límite de
cavitación.
42 corrosión por cavitación
43
44 Erosión por cavitación
45 Cavitación en bombas hélice
46 Sobre cada partícula (M), actúa un par de
fuerzas originado por las partículas 1 y 2. Si el par es
pequeño respecto de la viscosidad del fluido, las
partículas no giran: flujo laminar. De lo contrario, hay
giro: flujo turbulento. Aparece un efec- to similar a la
viscosidad en los gases: viscosidad aparente y/o viscosidad de
turbulencia (h), que lógicamente no es una propiedad del
fluido: VISCOSIDAD DE TURBULENCIA
47 Ejercicio 1-2.1 Figuras no incluidas en las diapositivas
Figura 1-8 Problema 1.5
48 Problema 1.6 Problema 1.10 Problema 1.13 Problema 1.12
Problema 1.11