Flujo ideal

Flujo ideal

1. UNIVERSIDAD DE LAS
FUERZAS ARMADAS ESPE-L
FÍSICA II
Docente:
Ing. Diego Proaño Molina.Msc.
Integrantes:
Erik Calvopiña
Ruth Solís
Ariel Valverde

2. ¿Qué es el flujo ideal?
Unfluidoidealesunasustancianoviscosaque
seencuentraenunestadolíquidoogaseoso
segúnlatemperaturaenlaqueseutilice.
Generalmenteloscompuestosquepuedenestar
enlosmencionadosestadossonaquellosqueno
tienenunafuerzadeatracciónhacialosmetales
oentresusmismasmoléculas.
Decimosdequeestamosfrentedeunfluido
ideal,cuandoconsideramosquesu
comportamientoesdeunrégimenestable,
irrotacional,incompresibleynoviscoso.

3. Características del flujo ideal
Elmovimientodeunfluidorealesmuycomplejo.Para
simplificarsudescripciónconsideraremosel
comportamientodeunfluidoidealcuyascaracterísticas
sonlassiguientes:
1.-Fluidonoviscoso.Sedesprecialafriccióninterna
entrelasdistintaspartesdelfluido
2.-Flujoestacionario.Lavelocidaddelfluidoenun
puntoesconstanteconeltiempo
3.-Fluidoincompresible.Ladensidaddelfluido
permanececonstanteconeltiempo
4.-Flujoirrotacional.Nopresentatorbellinos,esdecir,
nohaymomentoangulardelfluidorespectode
cualquierpunto.

4. Propiedades de los fluidos
•PropiedadesExtensivaseIntensivas
Entermodinámicasedistingueentreaquellaspropiedades
cuyovalordependedelacantidadtotaldemasapresente,
llamadaspropiedadesextensivas,yaquellaspropiedades
cuyamedidaesindependientedelacantidadtotaldemasa
presentequesonllamadaspropiedadesintensivas.
•Densidad
Unadelasformasmásútilesdecaracterizarunasustancia
esespecificarlacantidaddesustanciaporunidadde
volumen.Elresultadodeéstacaracterizaciónsedenomina
densidaddelasustancia.
•Peso específico
Los ingenieros que no han adoptado todavía el SI emplean
frecuentemente el peso específico (densidad de peso),
definida como el peso de la unidad de volumen de una
sustancia, operacionalmente.

5. •Relación entre el peso específico y densidad
TeniendoencuentaqueelpesoesigualaW=m.g,enbasea
lasecuacionesanterioressepuedeverqueladensidadyelpeso
específicoestánrelacionadosdelsiguientemodo:
•Densidad relativa o gravedad específica
La densidad relativa de una sustancia se define como la razón
entre la densidad de la sustancia y la densidad del agua a una
temperatura determinada (4 °C).
•
Viscosidaddinámica
Entredosplacasparalelasdeigualsuperficieyseparadaspor
unadistanciabseencuentraunfluidohomogéneoa
temperaturaconstante.Alaplacasuperiorseleaplicauna
fuerzaFporloque´estasemueveconunavelocidadU.
Laplacainferiorpermanecequieta.Dadoqueelfluidoen
contactoconunasuperficietienelamismavelocidadquela
superficie,elfluidoentrelasplacassedeformagenerandoun
perfildevelocidadeslinealentrelasplacas.

6. Flujo irrotacional
Flujoirrotacional:Alcontrarioqueelflujo
rotacional,estetipodeflujosecaracteriza
porquedentrodeuncampodeflujoelvector
rotacionalvesigualaceroparacualquierpunto
einstante.
Unejemplodeflujoirrotacionalloobservamos
enelvórticeforzado,tambiénllamadode
cuerposólidolavorticidadesdiferentedecero
siendoigualadosveceslavelocidadangular.El
campodevelocidadescambiaconungradiente
constanteenladirecciónder.Debidoaque
existeciertavorticidadexisteunadeformación
enelplanor-thetalocualcausaunatraslacióny
rotacióndelaspartículasfluidas

7. Gas Ideal
Sedenominagasesidealesaungashipotéticooteórico,es
decir,imaginario,queestaríacompuestoporpartículas
desplazándosealeatoriamenteysininteractuarentresí
Muchosdelosgasesrealesconocidosenlaquímicase
comportanatemperaturaypresiónambientalescomoungas
ideal,almenosdesdeunaperspectivacuantitativa.Estopermite
queseanestudiadoscomogasesidealesdentrodeciertos
parámetrosrazonables.Sinembargo,elmodelodelosgases
idealestiendeafallarencuantovaríanlascondicionesde
temperaturaypresión,puesenesascondicioneslainteraccióny
eltamañointermolecularessonimportantes
Existentrestiposbásicosdegasesideales,deacuerdoaltipode
enfoquefísicoelegidoparasuplanteamiento:
•GasidealdeMaxwell-Boltzmann.Seclasificaasuvezengas
idealtermodinámicoclásico,ygasidealcuántico,dependiendo
delenfoquefísicoaplicadoensuestudio.
•GasidealcuánticodeBose.Compuestoporbosones.
GasidealcuánticodeFermi.Compuestoporfermiones
La relación matemática ideal entre dichos
factores es, justamente, la Ley de los gases
ideales
P.V=n.R.T
P representa la presión del gas, V su
volumen, n el número de moles de gas (que
debe permanecer constante), R la constante
de los gases y T la temperatura del gas en
cuestión

8. Principio de Arquímedes
Como punto de partida, dejemos claro que el volumen
de fluido desalojado es el mismo volumen sumergido.
Deigualforma,elPrincipiodeArquímedesnosindica
quetodocuerposumergidoenunfluidoexperimenta
unaluchaentredosfuerzas.Unafuerzadeempujede
abajohaciaarribaqueloquierehacerflotaryunafuerza
correspondientealpesodelcuerpoqueloquierehacer
hundir
Delaluchaentreambasfuerzasexistentres
posibilidades:Quesehundaelcuerpo,quefloteoquese
mantengaenequilibrioenelpuntoenelcualsele
sumerja
Lafinalidaddelaecuacióndeesteprincipioeslade
calcularlafuerzadeempujequeexperimentatodo
cuerposumergidomultiplicandoladensidaddelfluido
porelvolumensumergidoporelvalordelagravedad
E=f*Vs*g
Recordemosqueladensidadesmasasobrevolumeny
quealfinallafórmuladelempujesereducealproducto
delamasadelfluidodesalojadoporlagravedad

9. Principio de la Continuidad
Supongamosqueaunacanillaabiertaqueposeeciertocaudalleenchufamosuna
manguera.
Despuésdeunratoenquenosaseguramosqueelflujoseestabiliza(osea:
logramosflujoestacionario)noestamaldecirquelacanillavierteenunextremo
delamangueraunaciertacantidaddeaguaenunaciertacantidaddetiempo.
Supongamosporejemplo10litros/min.¿Cualseráelcaudalenelotroextremo
delamanguera?.Lapreguntaestantontaquepareceabsurda:10litros/min.La
mismacantidadqueentraporunapuntasaleporelotroextremoenelmismo
intervalodetiempo[15].
Decirestoeslomismoquedecir:entodoeltrayectodelamangueranosecreani
sedestruyeagua.Todoloqueentra,sale(porsupuestolamangueranodebeestar
pinchada).AestacuestióntansencillaselallamaPRINCIPIOoECUACIÓN
DECONTINUIDADynoesnadamásninadamenosquelaformaqueadoptael
principiodeconservacióndelamateriaenelbarriodelosfluidos.
SillamamosQ1alcaudalenunextremoyQ2alcaudalenelotropodemos
resumirtodolodichoescribiendo
Q1=Q2
Sicombinamosestaobviedad-fundamental-conlarelaciónvelocidad-área,nos
queda:
A1*V1=A2*V2

10. ElprincipiodeVenturiparaunflujoideal
Cuandoeldesnivelescero,latuberíaeshorizontal.Tenemos
entonces,eldenominadotubodeVenturi,cuyaaplicación
prácticaeslamedidadelavelocidaddelfluidoenunatubería.
Elmanómetromideladiferenciadepresiónentrelasdosramas
delatubería
Laecuacióndecontinuidadseescribe
A1*V1=A2*V2
Quenosdicequelavelocidaddelfluidoeneltramodela
tuberíaquetienemenorsecciónesmayorquelavelocidaddel
fluidoeneltramoquetienemayorsección.SiA
1>A
2,se
concluyequeV
1<V
2.
Podemosobtenerlasvelocidadesv
1yv
2encadatramodela
tuberíaapartirdelalecturadeladiferenciadepresiónp
1-p
2en
elmanómetro

11. LaecuacióndeBernoulli,sepuedeconsiderarcomouna
apropiadadeclaracióndelprincipiodelaconservacióndela
energía,paraelflujodefluidos.Elcomportamientocualitativo
quenormalmenteevocamosconeltérmino"efectode
Bernoulli",eseldescensodelapresióndellíquidoenlas
regionesdondelavelocidaddelflujoesmayor.Estedescenso
depresiónporunestrechamientodeunavíadeflujopuede
parecercontradictorio,peronotantocuandoseconsiderala
presióncomounadensidaddeenergía.Enelflujodealta
velocidadatravésdeunestrechamiento,sedebeincrementarla
energíacinética,aexpensasdelaenergíadepresión
Advertenciasobreelflujoenestadoestacionario:Sibienla
ecuacióndeBernoulliseafirmaentérminosdeideas
universalmenteválidas,comosonlaconservacióndelaenergía
ylasideasdepresión,energíacinéticayenergíapotencial,su
aplicaciónenlafórmuladearribaselimitaaloscasosdeflujo
constante.Paraelflujoatravésdeuntubo,talflujopuedeser
visualizadocomounflujolaminar,quetodavíaesuna
idealización,perosielflujoesunabuenaaproximaciónlaminar,
entoncespuedesermodeladaycalculadalaenergíacinéticadel
flujoencualquierpuntodelfluido.
Ecuación de Bernoulli para un flujo ideal

12. Aplicaciones en la industria petrolera
Elmanejodelosfluidosensuperficieprovenientesdeun
yacimientodepetróleoogas,requierendelaaplicación
deconceptosbásicosrelacionadoconelflujodefluidos
entuberíasensistemassencillosyenreddetuberías,el
usodeválvulasaccesoriosylastécnicasnecesariaspara
diseñaryespecificarequiposutilizadosenmecanismosde
producción
Losmecanismosdeproducciónsonaquellosqueaportan
lasenergíanecesariaparaquelosfluidosquese
encuentranenelyacimientofluyanosedesplacenhacia
dondeseencuentraunapresiónmenoralapresióndel
yacimiento,enestecasolosmecanismodeproducción
hacenquelosfluidossedesplacenhaciaelpozo,por
mediodelcualsetrasladaranhastalasuperficie.

13. Bibliografía
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