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Son bien conocidos los tres estados típicos de la materia: el gas, el líquido y el sólido. No obstante, al someter un fluido a altas presiones y temperaturas se obtiene un estado diferente: el supercrítico.
Los flujos externos se presentan alrededor de objetos sólidos inmersos en un fluido y los internos dentro de objetos tales como tubos y canaletas (placas paralelas.) Aun cuando las ecuaciones diferenciales que describen ambos flujos son esencialmente las mismas, las condiciones limites son diferentes y por lo tanto los flujos resultan ser diferentes. El flujo externo es un flujo no confinado en el cual la viscosidad tendrá efecto cerca de la superficie del cuerpo (flujo real), pero lejos de la superficie se comportará como un flujo no viscoso (flujo ideal). 4.1 Capa Límite Uno de los más importantes avances en Mecánica de Fluidos fue la contribución hecha por Ludwing Prandtl hacia 1904, él demostró que numerosos flujos viscosos se pueden estudiar dividiéndolos en dos regiones, una cercana a las fronteras sólidas y la otra cubriendo el resto del flujo. Definición La Capa Límite es la zona adyacente a un contorno sólido, en donde los efectos viscosos (rozamiento) resultan importantes. Fuera de esta región de capa límite, el efecto viscoso es despreciable y se puede considerar como Flujo no viscoso ó Flujo potencial. El flujo en una capa límite puede ser laminar o turbulento, esto se determina en base al número de Reynolds. No existe un valor único para el número de Reynolds correspondiente a la transición, algunos de los factores que afectan dicha transición son: el gradiente de presión, la rugosidad de la superficie, la transferencia de calor, las fuerzas volumétricas y las perturbaciones existentes en la corriente libre. Fig 4.1 Flujo en Capa Límite sobre una placa plana En la Fig 4.1 se muestra el flujo laminar sobre una placa plana, la zona de capa límite laminar comienza en el borde de ataque y crece de espesor, alcanza la región de transición cuando el flujo cambia de laminar a turbulento, con engrosamiento súbito consiguiente de la capa límite.
Un fluido es una sustancia capaz de deformarse continuamente bajo el efecto de una tensión de cortadura, por más pequeña que ésta tensión fuere.
Ejercicio propuesto en clase 1 Calcular las fuerzas normal y tangencial, si el fluido entre las placas es agua. ν = 1 x10 –6 m 2 /s t = 1 x 10 –3 m L = 0,20 m u = 10 cm/s = 0,1 m/s σ = 72,8 x 10 –3 N/m t = 20 ºC Resolución Fuerza normal (F N) ΣF y = 0 F N – σ.2.perímetro = 0 L = 0,20 m perímetro = 4.L = 0,80 m σ = 72,8 x 10 –3 N/m entonces F N = 72,8 x 10 –3 N/m.2.0,80 m = 58,2 x 10 –3 N F N = 58,2 x 10 –3 N Fuerza tangencial (F T) τ = μ du dy además τ = F T /A = FT/L 2 entonces F T = μ L 2 du dy ρ(20 ºC) = 1 x 10 3 kg/m 3 MECÁNICA DE LOS FLUIDOS CAPÍTULO 1 1 ν = μ/ρ = 1 x 10 –6 m 2 /s
: VI Cajamarca 26, de Septiembre del 2015 MECANICA DE FLUIDOS Ing. de Minas UNC Página
Los globos aerostáticos usan aire caliente, que es menos denso que el aire que lo rodea, para crear una fuerza de flotación. De acuerdo con el principio de Arquímedes, la fuerza de flotación es igual al peso del aire desplazado por el globo. (Foto por Paul E. Tippens.) Plomo Madera 1 cm3 m -11.3 g 1 Plomo® 1 cm3 fTTTTVn -í] n = 11.31 14 cm I i A \ j ¡ / j Madera 1 cm3
INTRODUCCIÓN La medición de gas y aceite, en la Industria Petrolera, tiene como objetivo, el control de la producción. Se conoce como sistema de medición a un conjunto de elementos que indican, registran y/o totalizan el fluido que pasa a través de ellos y que se transfiere, ya sea de una entidad a otra o entre diferentes divisiones de la misma entidad. En la industria del petróleo son empleados principalmente los medidores del tipo diferencial, aunque existen gran variedad de medidores basados en principios diferentes corno son los de desplazamiento positivo, turbomedidores y los computadores de aceite y contenido de agua. Para medir grandes cantidades de gas se emplea ampliamente el medidor con placa de orificio (Medidor del tipo diferencial). Este aparato no mide volúmenes, sino que registra las presiones de flujo y a partir de estas presiones, se efectúa el cálculo del gasto de flujo circulante. Esto es posible, utilizando las relaciones que existen entre las presiones y las velocidades y entre esta última y el gasto que es lo que se trata de conocer. Este tipo de medidores consisten de un elemento primario que registra la presión diferencial y de un elemento secundario que mide esa precisión diferencial. Una precisión típica varia de +/-3% a +/-0.5%, dependiendo del tipo de registro de lectura empleado. Se han utilizado diferentes dispositivos para crear la presión diferencial, pero los elementos primarios más comunes son el de placa de orificio, boquilla de flujo (toberas) y el Tubo de Venturi. Se utilizan también los Tubos de Pitot y otros dispositivos que emplean los efectos de impacto, succión u otros que se basan en la fuerza centrifuga o en la resistencia debida a la fricción. Brevemente se describen a continuación los medidores con elemento primario de Boquilla de Flujo, Tubo de Venturi y Tubo de Pitot, para tratar en forma detallada el dispositivo restrictor de Placa de Orificio que es el tipo más empleado en los medidores de flujo en la Industria Petrolera, y que será tema de páginas subsecuentes. El tubo de Venturi combina en una sola unidad una restricción corta entre dos secciones cónicas siendo su objeto acelerar el paso del fluido y reducir temporalmente la presión estática. Entre el tubo de Venturi y el manómetro diferencial se hacen las conexiones necesarias para medir la diferencia de presión entre la entrada y la restricción. La precisión obtenida bajo condiciones ideales, para rangos bajos de gasto de flujo es de +/-1%. La boquilla de flujo consiste en un cilindro, con un extremo abocardado, formando una ceja para sujetarse entre dos bridas. Entre el extremo abocardado y el cilindro se forma una curva para guiar el flujo tangencialmente a la sección cilíndrica llamada garganta. El objeto de la entrada curva es guiar suavemente el fluido a la garganta de medición. Es similar a la placa de orificio con la ventaja de producir bajas caídas de presión. Se obtienen precisiones del orden de +/-2%, en aplicaciones industriales.
El documento describe el comportamiento del agua; Las propiedades físicas de los fluidos, definición de hidráulica, el comportamiento de los fluidos en reposo (hidrostática) o en movimiento (hidrodinámica)
CAPÍTULO 1 E ntender la presión y las relaciones de la presión es importante se queremos comprender el control del pozo. Por definición, la presión es la fuerza que se ejerce sobre una unidad de área, tal como libras sobre pulgadas cuadradas (psi). Las presiones con las que nosotros tratamos a diario en la industria petrolera incluyen las de los fluidos, formación, fricción y mecánicas. Cuando se exceden ciertos límites de presión, pueden resultar consecuencias desastrosas, incluso descontroles y / o la pérdida de vidas.
Calcular las fuerzas normal y tangencial, si el fluido entre las placas es agua.
En esta parte del texto vamos a estudiar las leyes físicas más generales que describen a un fluido líquido que se halla en estado de reposo y que por sencillez se considerará como una sustancia ideal. Por sustancia ideal se debe entender que este fluido es incompresible (es decir que su volumen cambia de manera insignificante o muy poco cuando está sometida a fuerzas externas) y que es no viscosa (esto es que la fuerza de fricción entre las partículas o moléculas del liquido es insignificante o prácticamente nula). Las ecuaciones que describen las propiedades físicas de un líquido ideal en reposo están basadas en la primera y tercera ley de Newton.
En general, el flujo de fluidos puede ser extremadamente complejo, como se aprecia en las corrientes de los rápidos (fgura 1a) o en las llamas de una fogata (figura 1b). Si se quisiera analizar rigurosamente el flujo de un fluido, el modelo sería demasiado complejo. Sin embargo, algunas situaciones prácticas se pueden representar en forma aceptable con un modelo de fluido idealizado relativamente simple, el de fluido ideal o "agua seca". Este liquído idealizado se caracteriza por
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