Unidad 2 Hidrodinámica

 2.1 Cinética de fluidos en movimientos

La cinética de fluidos representa el movimiento de los mismos en lo que denominamos un flujo, que analiza la velocidad y aceleración que adopta el fluido en movimiento.

2.1.1 Descripción, visualización y clasificación del flujo.

Fluido: Tipo de medio continuo formado por alguna sustancia.

Flujo: Es el estudio del movimiento de un fluido.

Clasificación de flujos.

Velocidad de flujo:

Flujo turbulento: En este flujo las partículas se mueven en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido. 

Flujo laminar: El movimiento de las partículas del fluido se producen siguiendo trayectorias irregulares.

Cambio de densidad respecto al tiempo:

Comprensible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables.

 

Incomprensible: Aquel que en los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables.

Variación de velocidad con respecto al tiempo: 

Flujo permanente: La velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambia con el tiempo, permanece constante con el tiempo.

Flujo no permanente: Las propiedades y características serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo. Varían  de un instante a otro.

Magnitud y dirección de la velocidad del flujo:

Flujo uniforme: El vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como dirección. 

Flujo no uniforme: Caso contrario, este se encuentra cerca de fronteras solidas por efecto de viscosidad. 

Efectos de vector de velocidad: 

Flujo rotacional: Adquiere valores distintos de cero, para cualquier instante.

Flujo irracional: Contrario al rotacional, dentro de un campo de flujo el vector es igual a cero para cualquier punto.

Flujo unidimensional: Desprecia los cambios de velocidad transversal a la dirección principal del escurrimiento.

Flujo bidimensional: El vector velocidad solo depende de dos variables espaciales.

Flujo tridimensional: Contiene tres coordenadas espaciales x, y, z del tiempo t.

Flujo ideal: Flujo incomprensible y carente de fricción . No viscoso.

2.1.2 Regímenes en función del número de Reynolds

Es un parámetro adicional cuyo valor indica si el flujo sigue un modelo laminar o turbulento.

El número de Reynolds depende de la velocidad del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro equivalente si la conducción no es circular, y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica. 

La tubería circular se considera:

Re < 2300 El flujo sigue un comportamiento laminar.

2300< Re <4000 zona de transición laminar a turbulento. 

Re >4000 El fluido es turbulento. 

Cuando un fluido circula por una tubería lo puede hacer en régimen laminar o turbulento. La diferencia entre estos dos regímenes se encuentra en el comportamiento de las partículas fluidas, que a su vez depende del balance entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas o de rozamiento. 

Régimen laminar: Las partículas del liquido se mueven a lo largo de trayectorias uniformes, en capas o laminas, mismo sentido, dirección y magnitud. 

Bajo valores, pequeñas velocidades, en tubos con diámetro pequeño y fluidos muy viscosos.

Ecuación Re= v D / V 

Re= número de Reynolds  

v= velocidad media 

D= diámetro tubería (m)

V= viscosidad cinemática ( m2/s) 

Régimen turbulento: Las partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas, desordenadas, con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del flujo, por tanto el número de Reynolds la tendencia del desorden crece.