El documento trata sobre los fenómenos de flujo de fluidos y operaciones con sólidos y fluidos. Explica conceptos como la capa límite, el flujo laminar, el gradiente de velocidad, los fluidos newtonianos y no newtonianos, y la turbulencia.

1. FENÓMENOS DE FLUJO DE FLUÍDOS OPERACIONES CON SÓLIDOS Y FLUIDOS Profesor Fernando Cuervo C.

3. Temario Objetivos. Capa límite. Flujo laminar. Gradiente de velocidad. Fluidos newtonianos y no newtonianos. Viscosidad Turbulencia. Separación de la capa límite.

4. 1. OBJETIVOS Conocer y entender la ley de Newton de la viscosidad. Habilidad para especificar condiciones límites. Familiarizarse con el flujo en capa límite.

5. 2. CAPA LÍMITE Objeto de estudio : fluido en movimiento rodeado de superficies sólidas. Flujo potencial: efectuado por un fluido sin ninguna ingerencia de superficies sólidas No se presentan remolinos. No hay fricción  no hay transformación de energía mecánica en calor. Prandtl: la ingerencia de las superficies sólidas se manifiesta en la capa de fluido próxima a ellas: la capa límite . En tuberías, la capa límite las llena completamente y no hay flujo potencial.

6. flujo Perfil de velocidad Capa límite

7. 3. FLUJO LAMINAR A velocidades bajas, los fluidos tienden a moverse deslizándose las capas contiguas una sobre otra. No existen corrientes transversales ni remolinos.

8. 4. GRADIENTE DE VELOCIDAD La ingerencia de superficies sólidas en fluidos que se mueven sobre ellas con flujo potencial, se aprecia en el perfil de velocidad que adquiere el fluido. Dicho perfil de velocidad, cuando ocurre flujo laminar, se expresa matemáticamente como el gradiente de velocidad.

9. Desglosando términos: que se puede reorganizar así: La velocidad varía según la posición, y está directamente relacionada con el cambio en el esfuerzo cortante

10. 5. FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS La Reología es el campo de los fluidos que estudia su deformación cuando son sometidos a esfuerzos cortantes. Robert Hooke (1.678) y Newton (1.687), establecieron que existe una fricción interna entre las capas de un fluido, o resistencia a fluir. En cada punto de un fluido en movimiento existe un esfuerzo cortante y este varía de acuerdo con su localización. Weber (1.835) y Maxwell (1.867) reformularon las Leyes para fluidos, al comprobar que su comportamiento no siempre obedecía la Ley de Newton.

11. Ecuación general modificada

12. Soluciones a la ecuación de Couette: Bringham Pseudoplásticos Fluidos No Newtonianos Dilatantes Fluidos Newtonianos

13. pendiente

15. Algunas clasificaciones Son Newtonianos que ante repentinos cambios en  , se comportan como plásticos. Viscoelásticos La viscosidad aumenta según la duración del  . Reopécticos La viscosidad decrece según la duración del  . Ej.: pinturas Thixotrópicos A=0 y la viscosidad aumenta con  Ej.: arenas movedizas Dilatantes A=0 y la viscosidad decrece con aumento de  . Ej.: leche Pseudoplásticos n=1 Ej.: lodos sanitarios Plásticos de Bingham El  debe alcanzar algún valor antes que el fluido empiece a deformarse. Plásticos

16. Puntos concluyentes La no aparición del término p en las ecuaciones, indica que  y  son independientes de ella. Cualquier  que se aplique ocasiona un gradiente de velocidad. Si  es cero, el gradiente de velocidad es cero. La velocidad en la superficie sólida es cero, porque la capa próxima de fluido no se desliza sobre aquella. Las ecuaciones se aplican a flujo laminar, dada la fuerte acción de la viscosidad.

17. 6. VISCOSIDAD Constante de proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Llamada viscosidad dinámica . Dimensiones y Unidades:

19. 1,90 kg/m seg Parafina 1,55 kg/m seg Mercurio 1,14 x10 -3 kg/m seg Agua líquida 1,78 x10 -5 kg/m seg Aire

20. Viscosidad cinemática stokes

21. 2,37 x 10 -3 m 2 /seg Parafina 1,14 x 10 -4 m 2 /seg Mercurio 1,14 x10 -6 m 2 /seg Agua líquida 1,46 x10 -5 m 2 /seg Aire

24. 7. TURBULENCIA Por contacto de una corriente de fluido con límites sólidos: turbulencia de pared . Por contacto entre dos capas de fluido que se mueven con velocidades diferentes: turbulencia libre . La turbulencia ocasiona fluctuación de la velocidad en cada punto del fluido, fluctuación descrita por un modelo matemático de frecuencia.

27. Subcapa de transición: el flujo no es ni completamente laminar ni completamente turbulento (10 -4 m) Subcapa viscosa: el flujo es laminar.

28. Medidas de turbulencia Intensidad de campo: % de aumento de la velocidad puntual con respecto a la velocidad media. Tamaño de los remolinos: Diámetro medio.

29. Transición

30. laminar transición turbulento

31. 8. SEPARACIÓN DE LA CAPA LÍMITE

33. Remolinos, vórtices, turbulencia

34. Selva Noé León 1966

35. Fuentes de información (gráficas) http:// images.google.com.co / imgres?imgurl =http:// history.nasa.gov /SP-4103/p529. jpg&imgrefurl =http:// history.nasa.gov /SP-4103/ app - f.htm&usg =__ BU3K2lhAvo9h _ rOw4QVYm2oOw0s =&h=292&w=367& sz =17& hl = es&start =12& itbs =1& tbnid = GvXx _ 0dPeBbVUM :& tbnh =97& tbnw =122& prev =/ images %3Fq%3Dboudary%2Blayer%26hl%3Des%26sa%3DG%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1 http:// images.google.com.co / imgres?imgurl =http:// upload.wikimedia.org / wikipedia / commons /c/c9/ Boundary_Layer.png&imgrefurl =http:// commons.wikimedia.org / wiki / File:Boundary_Layer.png&usg =__ bU1VN8WChtGTr9iPf1RfiI _ aPgE =&h=265&w=536& sz =32& hl = es&start =10& itbs =1& tbnid = A9uGPcVEOCh5iM :& tbnh =65& tbnw =132& prev =/ images %3Fq%3Dboudary%2Blayer%26hl%3Des%26sa%3DN%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26tbs%3Disch:1 http:// images.google.com.co / imgres?imgurl =http:// www.sailtheory.com / pictures / grenslaag.jpg&imgrefurl =http:// www.sailtheory.com / resistance.html&usg =__ d6yHcotcSpk - JWvMnO_CGRcxYIo =&h=344&w=627& sz =23& hl = es&start =20& itbs =1& tbnid =e- 1PyGzEtlvvuM :& tbnh =75& tbnw =136& prev =/ images %3Fq%3Dboudary%2Blayer%26hl%3Des%26sa%3DN%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26tbs%3Disch:1 http:// pen.physik.uni - kl.de /medien/ MM_Videos / index_eng.html

36. http:// images.google.com.co / imgres?imgurl =http://www2. icfd.co.jp / examples /cylinder10e5/ image /CY2432. JPG&imgrefurl =http://www2. icfd.co.jp /& usg =__ p6RGnaMcUIQsL4Wo - urRJvGj8X0 =&h=480&w=640& sz =27& hl = es&start =54& itbs =1& tbnid = 2y4SSZg5 - w2rUM :& tbnh =103& tbnw =137& prev =/ images %3Fq%3Dboundary%2Blayer%26start%3D40%26hl%3Des%26sa%3DN%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26tbs%3Disch:1