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Tema 3-dinamica-de-fluidos-viscosos-parte-i

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Tema 3-dinamica-de-fluidos-viscosos-parte-industrial

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Tema 3-dinamica-de-fluidos-viscosos-parte-i

  1. 1. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM TEMA 3 Dinámica de fluidos viscosos
  2. 2. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos viscosos VISCOSIDAD µ: FLUDIOS VISCOSOS: Hay que tener en cuenta las fuerzas de rozamiento: - entre partículas del fluido - entre partículas y paredes limítrofes 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  3. 3. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM Dependiendo de las fuerzas viscosas: REGIMEN LAMINAR O DE POISEUILLE: - movimiento ordenado: capas paralelas sin mezcla - velocidades pequeñas - teoría desarrollada 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  4. 4. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM Dependiendo de las fuerzas viscosas: REGIMEN TURBULENTO O DE VENTURI: - movimiento desordenado: mezcla entre capas - grandes velocidades 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  5. 5. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM EXPERIMENTOS DE OSBORNE REYNOLDS EN 1883: Demostración de las características de los dos regímenes de un fluido viscoso: Tinta inyectada en tubería con agua: - VELOCIDADES BAJAS: el filamento no varía en tubo - VELOCIDADES ALTAS: el filamento se rompe y se mezcla con el agua 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  6. 6. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM Conclusiones de los experimentos: número adimensional de Reynolds υµ ρ DVDV ==Re :V :D velocidad media parámetro de distancia, diámetro de tubería :µ viscosidad dinámica : ρ µ υ = viscosidad cinemática RÉGIMEN LAMINAR 2300Re p TRANSICIÓN A RÉGIMEN TURBULENTO )40002300(Re −f 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  7. 7. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM VISCOSIDAD: invalidada suposición de distribución uniforme de velocidades : n V ∂ ∂ :τ variación velocidad en dirección transversal al movimiento fuerzas cortantes o de cizalla, opuestas al movimiento - FLUIDOS NEWTONIANOS - FLUIDOS NO NEWTONIANOS )( n V F ∂ ∂ =τ 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  8. 8. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM a) FLUIDOS NEWTONIANOS: LEY DE NEWTON: n V ∂ ∂ −= µτ CURVAS DE CORRIENTES, CURVAS REOLÓGICAS O REOGRAMAS: Agua, aire, productos petrolíferos.... 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  9. 9. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM b) FLUIDOS NO NEWTONIANOS n V K ⎟ ⎞ ⎜ ⎛ ∂ =τ n ⎠⎝ ∂ No siguen la ley de Newton: pastas, lodos, polímeros de alta densidad 1=n 1pn 1fn 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  10. 10. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM b) FLUIDOS NO NEWTONIANOS COMPORTAMIENTO PSEUDOPLÁSTICO: - Elevada viscosidad - Disminuye resistencia al aumentar la cizalladura - EJEMPLOS: tinta de impresión, polímeros, mermelada..... 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  11. 11. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM b) FLUIDOS NO NEWTONIANOS COMPORTAMIENTO DILATANTE: - Aumento de resistencia al aumentar la cizalladura - Valor casi infinito de la viscosidad - EJEMPLOS: arena húmeda, almidón en agua..... 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  12. 12. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM b) FLUIDOS NO NEWTONIANOS COMPORTAMIENTO PLÁSTICO O LINEAL DE BINGHAM: - Similares a los pseudoplásticos - Tensión mínima para que exista deformación continua - EJEMPLOS: pasta dentrífica, pomadas, chocolate, grasas..... 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  13. 13. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM µ )( 2− ⋅⋅ msNVISCOSIDAD DINÁMICA: Dependiente de temperatura y presión: Líquidos: al aumentar T disminuye cohesión entre moléculas Gases: número de choques aumenta con T 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  14. 14. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM µ )( 2− ⋅⋅ msNVISCOSIDAD DINÁMICA: LÍQUIDOS: Ley de Andrade: GASES: BT Ae− =µ ST ST T T + +⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = )( 0 2 3 0 0µ µ Ley de Sutherland n T T ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = 0 0µµ Ley de Potencia 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  15. 15. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM 3.1. Introducción: viscosidad y tipos de fluidos...
  16. 16. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los fluidos viscosos ECUACIÓN DE CONTINUIDAD O CONSERVACIÓN DE LA MASA: mB = 1= dm dm )()( SdV dm dB dV dm dB tdt dB SVC rr •+ ∂ ∂ = ∫∫ ρρ ∫∫ •+ ∂ ∂ == SVC SdVdV tdt dm )(0 rr ρρ 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los ....
  17. 17. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM 0)( =•= ∫S SdVQ rr ρFlujo permanente o estacionario: ∫∫ •+ ∂ ∂ = SVC SdVdV t )(0 rr ρρ entententsalsalsalentententsalsalsal VAVAVAVA ρρρρ =⇒−=0 Fluido ideal: cteAv = ¿EXPRESIÓN SIMILAR PARA LOS FLUIDOS VISCOSOS? 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los ....
  18. 18. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES Y TENSIONES CORTANTES EN UNA TUBERÍA: Flujo confinado o interno, incompresible: :0r :υ radio de la tubería cilíndrica viscosidad cinemática RÉGIMEN ESTACIONARIO: )(tvv ≠ 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los ....
  19. 19. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM Flujo confinado o interno, incompresible: )(tvv ≠ No aceleración axial, equilibrio de cilindro de fluido de radio r y longitud L L rPP rLrPrPF 2 )( 02)()(0 212 2 2 1 − =⇒=−−∑ ⇒= τπτππ :0=r :0rr = centro de la tubería, la tensión cortante se anula pared de la tubería, la tensión cortante es máxima 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los ....
  20. 20. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM Para un fluido newtoniano: L rPP 2 )( 21 − =τ L rPP dr dv 2 )( 21 − =⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − µ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −= dr dv µτ L rPP vvrdr L PP dv c rv vc µµ 4 )( 2 2 21 0 21 − −=⇒∫ − =∫− 0rr = ⇒ − = L rPP vc µ4 )( 2 021 )( 4 22 0 21 rr L PP v − − = µ0=v 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los ....
  21. 21. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM ∫ •= S SdVQ rr FÓRMULA DE POISEULILE: C r S r vrr L PP rdrrr L PP rdrvvdSQ 2 0 4 0 21 0 22 0 0 21 2 1 8 )( 2 2 00 π µ π µ ππ = − =− − === ∫∫ ∫ ⇒= SvQ cvv 2 1 = L rPP vc µ4 )( 2 021 − = 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los ....
  22. 22. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM PERFILES DE VELOCIDAD DE FLUJOS LAMINAR Y TURBULENTO CON EL MISMO CAUDAL: 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los ....
  23. 23. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM ¿ES POSIBLE SIMPLIFICAR EL ESTUDIO DE LOS FLUIDOS VISCOSOS? TEORÍA DE LA CAPA LÍMITE 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los ....
  24. 24. Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM CAPA LÍMITE: - CAPA LÍMITE: región en la que no puede despreciarse el efecto de la viscosidad, cerca de las paredes 3.2. Ecuaciones básicas del movimiento de los ....

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