TURBULENCIA Y VISCOCIDAD
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1 Flujo estacionario Un flujo es estacionario cuando los parámetros del flujo (velocidad, densidad., presión) son independientes del tiempo y la temperatura o sea que no cambian en el punto (puede ser diferente de punto a punto del espacio). Cuando ocurre lo contrario el flujo es no estacionario.
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Flujo estacionario
Un flujo es estacionario cuando los parámetros del flujo (velocidad, densidad., presión) son independientes del tiempo y la temperatura o sea que no cambian en el punto (puede ser diferente de punto a punto del espacio). Cuando ocurre lo contrario el flujo es no estacionario.
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• Un flujo en un campo es uniforme cuando el vector velocidades constante e igual n todos los puntos de aquel campo y es no uniforme cuando el vector velocidad está variando.
• Un flujo es turbulento cuando las partículas del fluido tienen un movimiento irregular, caótico causando pérdidas de energía proporcionales al cuadrado de la velocidad, lo contrario ocurre cuando el movimiento es suave, ordenado, sus pérdidas son proporcionales a la velocidad y se conoce como flujo laminar, (en cada punto no hay velocidad angular respecto a ese punto).
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Flujo laminar
Flujo Turbulento
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Número de Reynolds Experimentalmente se ha encontrado que hay una
combinación de cuatro factores que determinan si el f1ujo por un tubo es laminar. Esta combinación es conocida domo el Número de Reynolds, NRe y se define como
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Flujo que pasa un cilindro para varios números de ReynoldsRichard Feynman, Lectures on Physics, Volume II
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2000 3000
NRe
Régimen laminarl
Régimen transición
Régimen turbulentol
0,5
0,7
0,8
Relación de las velocidades promedio y velocidad máxima de un Fluido y los cambios de régimen para el numero de Reynolds
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VISCOSIDADViscosidad de un fluido es la resistencia de un fluido a una
fuerza cortante. Propiedad que se debe fundamentalmente al tipo de interacción entre las moléculas del fluido.
Para poder definirla, debemos considerar el estudio de la ley de Newton de la viscosidad. Consideremos dos placas paralelas muy grandes como se muestra en la figura, el espacio entre las placas esta lleno con un fluido
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Baja viscosidad Alta viscosidad
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La siguiente tabla da la viscosidad para algunas sustancias:
De la tabla se observa que la viscosidad es mucho mayor para los líquidos que para los gases. También se observa una fuerte dependencia de la temperatura. Para los líquidos la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura, mientras que para los gases aumenta.
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FLUJO VISCOSO EN UNA TUBERIA CIRCULAR
Para poder encontrar la expresión para la caída de presión en una tubería circular debido a la viscosidad consideremos un elemento de fluido que se desplaza a velocidad constante como se muestra en la figura, corno el fluido no está acelerado, las fuerzas asociadas con la presión y la viscosidad se cancelan.
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Perfil de velocidad para un fluido viscoso en un tubo cilíndrico
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FÓRMULA DE STOKES
Una burbuja de aire el agua, partículas de polvo cayendo en el aire, objetos que caen en fluidos todos ellos experimentan la oposición de fuerzas viscosas. George Stokes encontró la relación para esta fuerza viscosa sobre un cuerpo en un fluido , donde r es el radio, v la velocidad de la esfera y el coeficiente de viscosidad.
Esta expresión se denomina fórmula de Stokes.
vRFv 6
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Medida del coeficiente de viscosidad
La formula de Stokes permite determinar el coeficiente de viscosidad de un líquido, midiendo la velocidad terminal de esferas cayendo en el fluido.
La esfera se mueve bajo la acción de las siguientes fuerzas: el peso, el empuje (se supone que el cuerpo está completamente sumergido en el seno de un fluido), y una fuerza de viscosidad.
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