sistemas de circuitos de fluidos
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SISTEMAS DE CIRCUITOS DE
FLUIDOSSolanlly M.Polanco100255155
FLUIDOS Para estudiar un fluido en
movimiento y conocer las propiedades que lo rigen, es fundamental primero que todo tener claro el concepto de fluido.
Cuando observamos algo que tiene la habilidad de moverse en un ambiente sin conservar su forma original, hablamos de un fluido.
Los fluidos presentan propiedades que los identifican.
Entre ellas podemos nombrar la viscosidad, estabilidad, turbulencia, entre otros.
Movimiento o circulación de un fluido sin alterar sus propiedades físicas o químicas.
Ocurre bajo la acción de fuerzas externas. Encuentra resistencia al movimiento, debido a una resistencia interna propia del fluido (viscosidad) “fuerzas viscosas” o de la acción del exterior sobre le fluido (rozamiento) “fuerzas de rozamiento”.
Flujo de fluidos
Tipos de flujo
-Flujo interno: en el interior de conducciones
- Flujo externo: alrededor de cuerpos sólidos (sedimentación, filtración...)
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS:EstabilidadTurbulenciaDensidad Gravedad especifica Peso específicoDensidad relativaViscosidadTensión Superficial: CapilaridadPresión 5
ESTABILIDAD:
6
Se dice que el flujo es estable cuando sus partículas siguen una trayectoria uniforme, es decir, nunca se cruzan entre si.
La velocidad en cualquier punto se mantiene constante en el tiempo.
TURBULENCIA:• Debido a la rapidez en el que se desplaza las moléculas el fluido se vuelve
turbulento.
• Un flujo irregular caracterizado por pequeñas regiones similares a torbellinos.
7
VISCOSIDAD: 8
Es una propiedad de los fluidos que se refiere al grado de fricción interna.
Se asocia con la resistencia que presentan dos capas adyacentes moviéndose dentro del fluido.
Debido a la viscosidad parte de la energía cinética del fluido se convierte en energía interna.
La viscosidad
Propiedad física del fluido, sólo depende de su naturaleza. Varia con la temperatura y, en menor medida, con la presión. Indica la resistencia que ofrece un cuerpo a fluir, es decir a moverse en una dirección dada. Esta relacionada con el desplazamiento de unas capas de las moléculas constitutivas del fluido con respecto a otras y los entrecruzamientos que se producen. La viscosidad en líquidos disminuye a medida que se incrementa la temperatura debido a las fuerzas cohersivas débiles que actúan en él.En el caso de un gas las colisiones moleculares proporcionan los esfuerzos internos, de modo que conforme se aumenta la temperatura aumenta la actividad molecular, por lo que dichas colisiones se hacen más repetitivas, dando como resultado una viscosidad mayor. Sin embargo el porcentaje de cambio de la viscosidad de un líquido es mucho mayor que en un gas con la misma temperatura.
Clasificación del flujo de fluidos según su viscosidad
Viscosidad de algunos líquidos y gases a temperatura ambiente (20ºC).
Variación de la viscosidad de líquidos y gases con la temperatura
CAPILARIDAD:
12
Esta propiedad le permite a un fluido, avanzar a través de un canal delgado, siempre y cuando, las paredes de este canal estén lo suficientemente cerca.
CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS:Newtonianos
dydv
NO Newtonianos
dydv
No dependientes del tiempo.
Dependientes del tiempo.
Pseudoplasticos
Por su viscosidad
• Suspensiones acuosas de arcilla.
Fluidos Dilatadores.
• Almidón en agua.
• Mayonesa.
• Pasta de dientes.
Fluidos de Bingham.
Tixotrópicos • Tintas de impresión.
Suelen comportarse de esta manera los fluidos puros y las disoluciones acuosas
CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS (en función de la viscosidad)
Fluidos newtonianos
Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo contra su velocidad de deformación es lineal y pasa por el origen.Ejemplos: Agua, aire
dVx = - dz
Ley de Newton
La velocidad a la que circula un fluido altera las interacciones entre las partículas. No se comportan de acuerdo a la ley de newton. El gradiente de velocidades no es proporcional a la tensión rasante. No puede hablarse de una viscosidad única y propia del fluido, sino que depende del régimen de velocidades: viscosidad aparente (a)
Fluidos no newtonianos
Fluidos de naturaleza compleja como los líquidos de elevado peso molecular, mezclas de líquidos, suspensiones, emulsiones.
Fluidos pseudoplásticos: adisminuye al aumentar el gradiente de velocidad.
Fluidos dilatantes: aaumenta con el gradiente de velocidad.
Fluidos no newtonianos
dVx = - a dz
TIPO DE FLUIDO EJEMPLOS
Newtoniano Todos los gases, dispersiones de gas en el agua, líquidos de bajo peso molecular
No Newtonianos
Pseudoplástico Soluciones de goma, adhesivos, grasas, suspensiones de almidón, acetato de celulosa, mayonesa, algunas sopas; pinturas, algunas pulpas de papel, fluidos biológicos, otros.
Dilatentes Almidón, arenas movediza, algunas soluciones de harina de maíz y azúcar, agregados de cemento húmedos, arena de playa, polvo de hierro dispersos en líquidos de baja viscosidad.
Plásticos de Bingham Margarina, grasas de cocina, pasta de dientes, algunos fundidos de plásticos,
Plásticos de Casson Zumo de naranja, salsa de tomate, sangre, chocolate cocido, tinta de impresora
APLICACIÓN• Se investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de
chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energía del impacto de un proyectil a alta velocidad, pero permaneciendo flexibles si el impacto se produce a baja velocidad.
• Se utilizan en la fabricación para protecciones en deportes extremos como el skateboarding y el snowbording.
• Un claro ejemplo de la aplicación de esta propiedad es en los amortiguadores. Ya que contiene un fluido newtoniano de baja viscosidad (amortiguación blanda). Sin embargo, en el momento en el que aplicamos una fuerza magnética sobre el fluido, las partículas ferrosas se alinean y aumenta su viscosidad, con lo que pasa a comportarse de una forma pseudoplástica, no newtoniana (amortiguación dura). por lo que las posibles aplicaciones de este tipo de fluidos son innumerables: amortiguación de vibraciones, protección antisísmica de estructuras, embrague, frenado…
NÚMEROS DE REYNOLDS CRÍTICOS
• Osborne Reynolds fue el primero en demostrar que es posible pronosticar el flujo laminar o turbulento si se conoce la magnitud de un numero adimensional, al que se le denominara numero de Reynolds (NR).
• La siguiente ecuación muestra la definición básica del número de Reynolds.
NR = • Donde• ρ = densidad del fluido • η = su viscosidad • D = el diámetro del tubo• ν = velocidad promedio del flujo
• El número de Reynolds es la relación de la fuerza de inercia sobre un elemento de fluido de la fuerza viscosa.
• La fuerza de inercia se desarrolla a partir de la segunda ley del movimiento de Newton F=ma.
• Como se sabe, la fuerza viscosa se relaciona con el producto del esfuerzo cortante por el área.
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO• Flujo laminar
• Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido. Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular.
• El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos. El número de Reynolds es un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describen en qué condiciones el flujo será laminar o turbulento. En el caso de fluido que se mueve en un tubo de sección circular, el flujo persistente será laminar por debajo de un número de Reynolds crítico de aproximadamente 2040.
Flujo turbulento
• En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.
Los fluidos tienen números de Reynolds grandes debido a una velocidad elevada y/o una viscosidad baja, y tienden a ser turbulentos.
Aquellos fluidos con viscosidad alta y/ que se muevan a velocidades bajas tendrán números de Reynolds bajos y tenderán a comportarse en forma laminar.
APLICACIONES
Para aplicaciones prácticas del flujo en tuberías, encontramos que si el número de Reynolds para el flujo es menor que 2000, este será laminar. Si el número de Reynolds es mayor que 4000, el flujo será turbulento. En el rango de números de Reynolds entre 2000 y 4000 es imposible predecir que flujo existe; por tanto le denominaremos región crítica. Si NR < 2000, el flujo es laminar Si NR> 4000, el flujo es turbulento
EQUIPOS PARA EL MOVIMIENTO DE FLUIDOS (BOMBAS)
El aporte de energía mecánica se invierte en aumentar la presión estática del fluido:
Las bombas comunican presión estática al fluido.
WF)PP()zz(g)VeVe(
21 12
1221
22
bombaentrada1bombasalida2 PPPP
Características técnicas de las bombas: Capacidad: caudal que puede suministrar
Carga: altura a la que puede impulsar el líquido por aumento de presión.
Caudales pulsantes, pero en promedio constantes.. Caudales pequeños/medianos Presiones altas. Necesitan válvulas de retención. Útiles para líquidos viscosos. No sirven para impulsar líquidos con sólidos en suspensión
Tipos de bombas: Bombas volumétricas o de desplazamiento positivo
El líquido es confinado en pequeños volúmenes dentro de la carcasa de la bomba e impulsado por la acción mecánica de sus piezas móviles
Características
Bombas volumétricas alternativas
Bomba de pistón
Bomba de diafragma
Bomba de diafragma
ACCESORIOS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
• Tubos y tuberías
Se transportan el fluido por su interior. Suelen ser de sección circular. Existen en una gran variedad de tamaño, espesor de
pared y material de construcción. La elección del diámetro de la tubería depende de los
costes de instalación, potencia, mantenimiento y repuesto (valores típicos para fluidos líquidos: 0-3m/s).
•Accesorios de conducción Se utilizan para unir tubos y
tuberías. Tubos de pared gruesa:
accesorios roscados, bridas o soldadura:
a, b y c – codosd y e – “Tes” f – cruceta
g, h e i – manguitosj y k – tapones l – casquillo.
•Válvulas Disminuyen o detienen el flujo colocando un obstáculo en la
trayectoria del fluido. Válvulas de corte (todo o nada): funcionan abriendo o cerrando
totalmente el paso del fluido.
Válvula de bola Válvula troncocónica
M e d i c i ó n d e p r e s i ó n
P o r t u b o s m a n o m é t r i c o s
EstáticaImpactoCinética PPP
•Medida de presión Manómetros de tubo: el desnivel del líquido manométrico describe la
presión del fluido en la conducción.
DISPOSITIVOS DE MEDIDA PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
ghS
gShS
gVS
gmSFP
M e d i c i ó n d e p r e s i ó n
P o r t u b o s m a n o m é t r i c o s
EstáticaImpactoCinética PPP
DISPOSITIVOS DE MEDIDA PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
Presión estática:- Responsable del trabajo mecánico de expansión/ compresión del fluido.- Se mide sobre una superficie paralela al flujo: PS= Patm+ hmρmg + lρg.
·
Presión cinética:· - Expresa la capacidad de fluido para realizar trabajo mecánico a expensas de su energía cinética.· - Se mide en una superficie perpendicular al flujo: PC= Pi - PS
Presión de impacto: · - Es la suma de las anteriores.· - Se mide en una superficie perpendicular al flujo: Pi = Patm+ h’mρmg + l’ρmg
•Medida de caudal
Métodos directos: Medida del volumen que atraviesa un dispositivo por unidad de tiempo.
DISPOSITIVOS DE MEDIDA PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
Contador de paletas: Nº vueltas del motor
Presa: Altura del líquido sobre la presa
Medidor térmico: Variación de Tª por la resistencia eléctrica
•Medida de caudal
DISPOSITIVOS DE MEDIDA PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
Métodos indirectos:
Basados en la aplicación de la Ec. de Bernouilli.
El caudal se determina mediante medidas del cambio de V y P que experimenta un fluido al atravesar un accidente en la conducción:
QV = Vreal · S = C · Vteórica · S
[C Coeficiente de descarga]
Requieren calibración: Estimación del parámetro empírico C (Coeficiente de descarga).
Diafragmas, boquillas y venturímetros
Provocan un estrechamiento de la conducción.
ΔP se mide mediante un manómetro en U.
Aplicando la Ec. De Bernouilli entre los puntos y :
Medida de caudal: Métodos indirectos
WF)PP()zz(g)VV(21 10
102
12
0
2
2211v
0121
20
D4
S
SVSVQ
)PP(2VV
])DD(1[)PP(2VV 4
10
010real
])DD(1[g)(h2C
])DD(1[)PP(2CVCV 4
10
mm4
10
21teorreal
g)(hPPP mm21
1,2 y 3: Diafragmas 4: Boquilla Venturímetro
])DD(1[g)(h2CVCV 4
10
mmteorreal
Medida experimental
de C(Calibrado)
Diafragma
Boquilla
Venturímetro
Tubos de Pitot
Utiliza tubos concéntricos unidos a los tubos manométricos para medir la presión cinética.
Miden velocidades puntuales en vez de velocidades medias.
La integración de las velocidades medidas en la dirección radial permite obtener el caudal total. Aplicando la Ec. De Bernouilli:
g)(h2CV mm
local
Medida de caudal: Métodos indirectos
OLEODUCTO
