Laminar y Flujo Turbulento

Las características de flujo laminar y flujo turbulento son muy diferentes. Para entender por qué el flujo turbulento o laminar es deseable en el funcionamiento de un sistema en particular, es necesario comprender las características del flujo laminar y turbulento.,

regímenes de flujo

Todo flujo de fluido se clasifica en una de dos grandes categorías o regímenes. Estos dos regímenes de flujo son el flujo laminar y el flujo turbulento. El régimen de flujo, ya sea laminar o turbulento, es importante en el diseño y funcionamiento de cualquier sistema de fluidos. La cantidad de fricción del fluido, que determina la cantidad de energía requerida para mantener el flujo deseado, depende del modo de flujo. Esto también es una consideración importante en ciertas aplicaciones que implican la transferencia de calor al fluido.,

flujo Laminar

El flujo Laminar también se conoce como flujo aerodinámico o viscoso. Estos términos son descriptivos del flujo porque, en el flujo laminar, (1) capas de agua que fluyen entre sí a diferentes velocidades sin prácticamente ninguna mezcla entre capas, (2) las partículas de fluido se mueven en trayectorias o líneas de corriente definidas y observables, y (3) el flujo es característico del fluido viscoso (grueso) o es uno en el que la viscosidad del fluido juega un papel significativo.

flujo turbulento

El flujo turbulento se caracteriza por el movimiento irregular de partículas del fluido., No hay una frecuencia definida como la hay en el movimiento de las ondas. Las partículas viajan en trayectorias irregulares sin patrón observable y sin capas definidas.

perfiles de Velocidad de flujo

no todas las partículas de fluido viajan a la misma velocidad dentro de una tubería. La forma de la curva de velocidad (el perfil de velocidad a través de cualquier sección dada de la tubería) depende de si el flujo es laminar o turbulento. Si el flujo en una tubería es laminar, la distribución de velocidad en una sección transversal será parabólica en forma con la velocidad máxima en el Centro siendo aproximadamente el doble de la velocidad promedio en la tubería., En el flujo turbulento, existe una distribución de velocidad bastante plana a través de la sección de la tubería, con el resultado de que todo el fluido fluye a un valor único dado. La figura 5 ayuda a ilustrar las ideas anteriores. La velocidad del fluido en contacto con la pared de la tubería es esencialmente cero y aumenta cuanto más lejos de la pared.

observe en la Figura 5 que el perfil de velocidad depende del Estado de la superficie de la pared de la tubería., Una pared más lisa da como resultado un perfil de velocidad más uniforme que una pared de tubería rugosa.

velocidad media

en muchos problemas de flujo de fluidos, en lugar de determinar velocidades exactas en diferentes ubicaciones en la misma sección transversal de flujo, es suficiente permitir que una sola velocidad promedio represente la velocidad de todo el fluido en ese punto de la tubería. Esto es bastante simple para el flujo turbulento, ya que el perfil de velocidad es plano en la mayoría de la sección transversal de la tubería. Es razonable suponer que la velocidad media es la misma que la velocidad en el Centro de la tubería.,

si el régimen de flujo es laminar (el perfil de velocidad es parabólico), el problema todavía existe de tratar de representar la velocidad «promedio» en cualquier sección transversal dado que un valor promedio se utiliza en las ecuaciones de flujo de fluido. Técnicamente, esto se hace por medio de cálculo integral. Prácticamente, el estudiante debe usar un valor promedio que es la mitad del valor de la línea central.

viscosidad

La viscosidad es una propiedad del fluido que mide la resistencia del fluido a la deformación debido a una fuerza de corte., La viscosidad es la fricción interna de un fluido que lo hace resistir el fluir más allá de una superficie sólida u otras capas del fluido. La viscosidad también se puede considerar como una medida de la resistencia de un fluido a fluir. Un aceite espeso tiene una alta viscosidad; el agua tiene una baja viscosidad. La unidad de medida para la viscosidad absoluta es:

la viscosidad de un fluido generalmente depende significativamente de la temperatura del fluido y es relativamente independiente de la presión., Para la mayoría de los fluidos, a medida que la temperatura del fluido aumenta, la viscosidad del fluido disminuye. Un ejemplo de esto se puede ver en el aceite lubricante de motores. Cuando el motor y su aceite lubricante están fríos, el aceite es muy viscoso o espeso. Después de arrancar el motor y el aceite lubricante aumenta de temperatura, la viscosidad del aceite disminuye significativamente y el aceite parece mucho más delgado.

fluido Ideal

un fluido ideal es aquel que es incompresible y no tiene viscosidad., Los fluidos ideales en realidad no existen, pero a veces es útil considerar lo que le sucedería a un fluido ideal en un problema de flujo de fluido en particular para simplificar el problema.

número de Reynolds

El régimen de flujo (ya sea laminar o turbulento) se determina mediante la evaluación del número de Reynolds del flujo (consulte la figura 5). El número de Reynolds, basado en estudios de Osborn Reynolds, es un número adimensional compuesto por las características físicas del flujo. La ecuación 3-7 se utiliza para calcular el número de Reynolds (NR) para el flujo de fluido.,

donde:

Para efectos prácticos, si el número de Reynolds es menor que 2000, el flujo es laminar. Si es mayor que 3500, el flujo es turbulento. Los flujos con números de Reynolds entre 2000 y 3500 a veces se conocen como flujos transitorios. La mayoría de los sistemas de fluidos en las instalaciones nucleares operan con flujo turbulento. Los números de Reynolds se pueden determinar convenientemente usando una tabla Moody, un ejemplo de la cual se muestra a continuación. Los detalles adicionales sobre el uso de la tabla Moody se proporcionan en el texto posterior.,