Introducción
En el capítulo anterior se demostró que se pueden obtener fácilmente situaciones matemáticas exactas para las fuerzas ejercidas por fluidos en reposo. Esto se debe a que en la hidrostática solo intervienen fuerzas de presión simples. Cuando se considera un fluido en movimiento, el problema del análisis se vuelve inmediatamente mucho más complejo. No solo se debe considerar la magnitud y dirección de la velocidad de las partículas, sino también la compleja influencia de la viscosidad, que causa una tensión cortante o de fricción entre las partículas del fluido en movimiento y en los límites que las contienen. El movimiento relativo posible entre los diferentes elementos del cuerpo del fluido hace que la presión y la tensión cortante varíen considerablemente de un punto a otro según las condiciones del flujo. Debido a las complejidades asociadas al fenómeno del flujo, un análisis matemático preciso solo es posible en unos pocos casos, que desde el punto de vista de la ingeniería resultan poco prácticos. Por lo tanto, es necesario resolver los problemas de flujo mediante experimentación o mediante ciertas suposiciones simplificadoras suficientes para obtener una solución teórica. Ambos enfoques no son mutuamente excluyentes, ya que las leyes fundamentales de la mecánica son siempre válidas y permiten adoptar métodos parcialmente teóricos en varios casos importantes. También es importante determinar experimentalmente el grado de desviación de las condiciones reales como consecuencia de un análisis simplificado.
El supuesto simplificador más común es que el fluido es ideal o perfecto, eliminando así los efectos viscosos que lo complican. Esta es la base de la hidrodinámica clásica, una rama de las matemáticas aplicadas que ha recibido la atención de eminentes académicos como Stokes, Rayleigh, Rankine, Kelvin y Lamb. La teoría clásica presenta importantes limitaciones inherentes, pero dado que el agua tiene una viscosidad relativamente baja, se comporta como un fluido real en muchas situaciones. Por esta razón, la hidrodinámica clásica puede considerarse una base muy valiosa para el estudio de las características del movimiento de fluidos. El presente capítulo aborda la dinámica fundamental del movimiento de fluidos y sirve como introducción básica a los capítulos posteriores que abordan los problemas más específicos de la hidráulica en ingeniería civil. Se derivan las tres ecuaciones básicas importantes del movimiento de fluidos: la de continuidad, la de Bernoulli y la de momento, y se explica su significado. Posteriormente, se consideran las limitaciones de la teoría clásica y se describe el comportamiento de un fluido real. Se asume un fluido incompresible en todo momento.
Tipos de flujo
Los distintos tipos de movimiento de fluidos pueden clasificarse de la siguiente manera:
1.Turbulento y laminar
2. Rotacional e irrotacional
3.Estable e inestable
4.Uniforme y no uniforme.
Bomba sumergible para aguas residuales
Las bombas de flujo axial serie MVS y las bombas de flujo mixto serie AVS (bombas sumergibles para aguas residuales de flujo axial vertical y flujo mixto) son productos modernos diseñados con éxito mediante la adopción de tecnología extranjera moderna. Su capacidad es un 20 % mayor que la de las bombas anteriores. Su eficiencia es entre un 3 % y un 5 % superior.
Flujo turbulento y laminar.
Estos términos describen la naturaleza física del flujo.
En el flujo turbulento, la progresión de las partículas del fluido es irregular y existe un intercambio de posición aparentemente aleatorio. Las partículas individuales están sujetas a velocidades transversales fluctuantes, por lo que el movimiento es arremolinado y sinuoso en lugar de rectilíneo. Si se inyecta un colorante en un punto determinado, este se difundirá rápidamente por toda la corriente. En el caso del flujo turbulento en una tubería, por ejemplo, un registro instantáneo de la velocidad en una sección revelaría una distribución aproximada, como se muestra en la Figura 1(a). La velocidad constante, tal como se registraría con instrumentos de medición convencionales, se indica con un contorno punteado, y es evidente que el flujo turbulento se caracteriza por una velocidad fluctuante inestable superpuesta a una media temporal constante.
Fig.1(a) Flujo turbulento
Fig.1(b) Flujo laminar
En el flujo laminar, todas las partículas del fluido siguen trayectorias paralelas y no existe componente transversal de velocidad. La progresión ordenada es tal que cada partícula sigue exactamente la trayectoria de la partícula anterior sin desviarse. Por lo tanto, un filamento delgado de colorante se mantendrá sin difusión. El gradiente de velocidad transversal en el flujo laminar (Fig. 1b) es mucho mayor que en el flujo turbulento. Por ejemplo, en una tubería, la relación entre la velocidad media V y la velocidad máxima Vmax es de 0,5 en flujo turbulento y de 0,05 en flujo laminar.
El flujo laminar se asocia con bajas velocidades y fluidos viscosos y lentos. En la hidráulica de tuberías y canales abiertos, las velocidades son casi siempre lo suficientemente altas como para garantizar un flujo turbulento, aunque persiste una delgada capa laminar cerca de un límite sólido. Las leyes del flujo laminar se comprenden a la perfección, y para condiciones de límite simples, la distribución de velocidades puede analizarse matemáticamente. Debido a su naturaleza pulsante irregular, el flujo turbulento ha desafiado un tratamiento matemático riguroso, y para la solución de problemas prácticos es necesario basarse principalmente en relaciones empíricas o semiempíricas.
Bomba contra incendios de turbina vertical
Número de modelo: XBC-VTP
Las bombas contra incendios verticales de eje largo de la serie XBC-VTP son bombas monoetapa y multietapa con difusores, fabricadas de acuerdo con la última norma nacional GB6245-2006. Además, hemos mejorado su diseño tomando como referencia la norma de la Asociación de Protección contra Incendios de Estados Unidos. Se utilizan principalmente para el suministro de agua contra incendios en las industrias petroquímica, de gas natural, centrales eléctricas, textiles de algodón, muelles, aviación, almacenamiento, edificios de gran altura y otras. También se pueden utilizar en barcos, tanques marítimos, buques bomberos y otros tipos de suministro.
Flujo rotacional e irrotacional.
Se dice que el flujo es rotacional si cada partícula de fluido tiene una velocidad angular alrededor de su propio centro de masa.
La Figura 2a muestra una distribución típica de velocidad asociada con un flujo turbulento que pasa por un límite recto. Debido a la distribución no uniforme de velocidad, una partícula con sus dos ejes originalmente perpendiculares sufre deformación con un pequeño grado de rotación. En la Figura 2a, el flujo en una trayectoria circular...
Se representa la trayectoria, con la velocidad directamente proporcional al radio. Los dos ejes de la partícula giran en la misma dirección, de modo que el flujo vuelve a ser rotacional.
Fig.2(a) Flujo rotacional
Para que el flujo sea irrotacional, la distribución de velocidad adyacente al límite recto debe ser uniforme (Fig. 2b). En el caso de un flujo en una trayectoria circular, se puede demostrar que el flujo irrotacional solo se dará si la velocidad es inversamente proporcional al radio. A primera vista, la Figura 3 parece errónea, pero un examen más detallado revela que los dos ejes giran en direcciones opuestas, de modo que existe un efecto compensatorio que produce una orientación promedio de los ejes que permanece inalterada respecto al estado inicial.
Fig.2(b) Flujo irrotacional
Dado que todos los fluidos poseen viscosidad, el nivel mínimo de un fluido real nunca es realmente irrotacional, y el flujo laminar es, por supuesto, altamente rotacional. Por lo tanto, el flujo irrotacional es una condición hipotética que solo tendría interés académico si no fuera porque, en muchos casos de flujo turbulento, las características rotacionales son tan insignificantes que pueden ignorarse. Esto resulta conveniente porque es posible analizar el flujo irrotacional mediante los conceptos matemáticos de la hidrodinámica clásica mencionados anteriormente.
Bomba centrífuga de destino de agua de mar
Número de modelo: ASN ASNV
Las bombas modelo ASN y ASNV son bombas centrífugas de carcasa de voluta dividida de succión doble de una sola etapa y se utilizan para el transporte de líquidos en obras de agua, circulación de aire acondicionado, edificios, riego, estaciones de bombeo de drenaje, centrales eléctricas, sistemas de suministro de agua industrial, sistemas contra incendios, barcos, edificios, etc.
Flujo constante e inestable.
Se dice que el flujo es estacionario cuando las condiciones en cualquier punto son constantes con respecto al tiempo. Una interpretación estricta de esta definición llevaría a la conclusión de que el flujo turbulento nunca fue verdaderamente estacionario. Sin embargo, para el presente propósito, conviene considerar el movimiento general del fluido como criterio y las fluctuaciones erráticas asociadas a la turbulencia como una influencia secundaria. Un ejemplo obvio de flujo estacionario es una descarga constante en un conducto o canal abierto.
Como corolario, se deduce que el flujo es inestable cuando las condiciones varían con el tiempo. Un ejemplo de flujo inestable es una descarga variable en un conducto o canal abierto; este suele ser un fenómeno transitorio que sucede o es seguido por una descarga constante. Otros ejemplos familiares
Ejemplos de naturaleza más periódica son el movimiento de las olas y el movimiento cíclico de grandes masas de agua en el flujo de las mareas.
La mayoría de los problemas prácticos en ingeniería hidráulica se centran en el flujo estacionario. Esto es una ventaja, ya que la variable temporal en el flujo no estacionario complica considerablemente el análisis. Por consiguiente, en este capítulo, la consideración del flujo no estacionario se limitará a unos pocos casos relativamente simples. Sin embargo, es importante tener en cuenta que varios casos comunes de flujo no estacionario pueden reducirse al estado estacionario en virtud del principio de movimiento relativo.
Así, un problema que involucra una embarcación que se mueve en aguas tranquilas puede reformularse de modo que la embarcación esté estacionaria y el agua esté en movimiento; el único criterio para la similitud del comportamiento del fluido es que la velocidad relativa sea la misma. De nuevo, el movimiento de las olas en aguas profundas puede reducirse a...
estado estable asumiendo que un observador viaja con las ondas a la misma velocidad.
Bomba de drenaje de agua centrífuga multietapa de turbina vertical con motor diésel y eje en línea. Este tipo de bomba de drenaje vertical se utiliza principalmente para bombear aguas residuales sin corrosión, a temperaturas inferiores a 60 °C y con un contenido de sólidos en suspensión (sin incluir fibra ni gravilla) inferior a 150 mg/L. La bomba de drenaje vertical tipo VTP se encuentra entre las bombas de agua verticales tipo VTP y, según el aumento y el collar, ajusta la lubricación del tubo con aceite. Puede bombear agua a temperaturas inferiores a 60 °C para contener aguas residuales con ciertos granos sólidos (como chatarra, arena fina, carbón, etc.).
Flujo uniforme y no uniforme.
Se dice que el flujo es uniforme cuando no hay variación en la magnitud ni en la dirección del vector de velocidad de un punto a otro a lo largo de su trayectoria. Para cumplir con esta definición, tanto el área de flujo como la velocidad deben ser iguales en cada sección transversal. El flujo no uniforme se produce cuando el vector de velocidad varía con la ubicación; un ejemplo típico es el flujo entre límites convergentes o divergentes.
Ambas condiciones alternativas de flujo son comunes en la hidráulica de canales abiertos, aunque, en sentido estricto, dado que el flujo uniforme siempre se aproxima asintóticamente, se trata de un estado ideal al que solo se aproxima y nunca se alcanza. Cabe destacar que las condiciones se refieren al espacio, no al tiempo, y, por lo tanto, en casos de flujo cerrado (p. ej., tuberías bajo presión), son bastante independientes de la naturaleza estacionaria o inestable del flujo.
Hora de publicación: 29 de marzo de 2024