Dominando el Flujo de Fluidos: Tipos, Comportamientos y Aplicaciones

Previamente expliqué la mecánica de fluidos, donde afirmé que la dinámica de fluidos es una de sus ramas, que trata el flujo de fluidos. Esto significa que involucra el movimiento de un fluido sometido a fuerzas desequilibradas. Este movimiento continúa mientras se ejerzan fuerzas desequilibradas. Pero ese no es nuestro propósito aquí.

Hoy conocerás los diferentes tipos de flujo de fluido, ya que el fluido mismo puede clasificarse en diferentes tipos según la variación de características como velocidad, densidad, etc. El método de análisis varía en mecánica de fluidos, según el tipo de flujo. Entremos en nuestro tema: diferentes tipos de flujo de fluido. También conocerás los diferentes tipos de fluidos.

Diferentes tipos de flujo de fluido

Flujo estable e inestable:

Se dice que un flujo es estable cuando sus características de fluido como densidad, velocidad y presión en un punto no cambian con el tiempo. Puede expresarse matemáticamente como:

Donde V es la velocidad del fluido, P la presión, y J la densidad.

Un flujo es inestable cuando las características del fluido como velocidad, presión y densidad en un punto cambian respecto al tiempo. Se expresa matemáticamente como:

Diagrama de flujo estable e inestable en mecánica de fluidos:

Flujo uniforme y no uniforme:

El flujo uniforme es un tipo de flujo de fluido en el que la velocidad en un momento dado no cambia respecto al espacio (a lo largo de la dirección de longitud del flujo). Puede expresarse matemáticamente como:

Por otro lado, el flujo no uniforme es aquel en el que la velocidad del flujo en un momento dado cambia respecto al espacio. Matemáticamente, un flujo no uniforme puede expresarse como:

Diagrama de flujo uniforme y no uniforme:

Flujo laminar y turbulento

Los tipos de flujo laminar son aquellos en los que las partículas del fluido se mueven a lo largo de líneas de corriente bien definidas o trayectorias. Esto ocurre de modo que todas las líneas de corriente son rectas y paralelas entre sí. En este flujo, se dice que las partículas se mueven en láminas. Las capas en flujo laminar se deslizan suavemente sobre la capa adyacente. El flujo se dice laminar cuando el número de Reynolds es menor que 2000.

No obstante, el flujo turbulento es aquel en el que las partículas del fluido se mueven en forma de zigzag. Este movimiento forma alta turbulencia y remolinos, llevando a alta pérdida de energía. El flujo es turbulento cuando el número de Reynolds es mayor que 4000. Un flujo en tubería con número de Reynolds entre 2000 y 4000 se dice que está en estado de transición. Ahora puedes ver que el flujo laminar y turbulento en tubería se caracteriza por el número de Reynolds.

Diagrama de flujo laminar y turbulento:

Flujos compresibles e incompresibles

En un flujo compresible, la densidad del fluido cambia de un punto a otro. Es decir, la densidad no es constante. Por ejemplo, J no constante.

Por otro lado, el flujo incompresible es aquel en el que la densidad del fluido es constante de un punto a otro. Es decir, los líquidos son generalmente incompresibles y los gases compresibles. J=constante. Donde J es la densidad del fluido.

Flujos rotacionales e irrotacionales

Un flujo rotacional es aquel en el que las partículas del fluido rotan sobre su propio eje mientras fluyen a lo largo de las líneas de corriente. El flujo irrotacional ocurre si las partículas no rotan mientras fluyen a lo largo de la línea de corriente sobre su propio eje.

Flujos uni-, bi- y tridimensionales

El flujo unidimensional es aquel en el que su parámetro de flujo como la velocidad se expresa como función del tiempo y una coordenada espacial. Puede expresarse como:

u = f (x, y), v=0; w=0;

La velocidad en direcciones y e z (v y w) se considera despreciable.

En segundo lugar, el flujo bidimensional es aquel en el que la velocidad es función del tiempo y dos coordenadas espaciales rectangulares. Se considera despreciable cuando la velocidad de flujo en la tercera dirección. Es decir:

u = f (x, y); v = g (x, y); w = 0;

Finalmente, el flujo tridimensional es aquel en el que la velocidad es función del tiempo y tres coordenadas espaciales rectangulares mutuamente perpendiculares (x, y, z). Es decir:

u = f (x, y, z); v = g (x, y, z); w = h (x, y, z)

Mira el video a continuación para aprender sobre el flujo de fluidos en mecánica de fluidos:

Ahora discutamos los diversos tipos de fluidos.

Tipos de fluidos

A continuación se muestran los diversos tipos de fluidos:

Fluido ideal – estos fluidos no pueden comprimirse y su viscosidad no entra en la categoría de fluido ideal. Se dice que es imaginario, es decir, el fluido no existe en la realidad.

Fluido real – estos fluidos son reales porque poseen viscosidad.

Fluido newtoniano – cuando un fluido obedece la ley de viscosidad de Newton.

Fluido no newtoniano – cuando el fluido no obedece la ley de viscosidad de Newton.

Fluido plástico ideal – estos fluidos se conocen cuando el esfuerzo cortante es proporcional al gradiente de velocidad y el esfuerzo cortante es mayor que el valor de fluencia.

Fluido incompresible – cuando la densidad del fluido no cambia con la aplicación de fuerza externa.

Fluido compresible – cuando la densidad del fluido cambia con la aplicación de fuerza externa.

La tabla siguiente muestra la densidad y viscosidad de diferentes tipos de fluidos:

Tipos de fluido	Densidad	Viscosidad
Fluido ideal	Constante	Cero
Fluido real	Variable	No cero
Fluido newtoniano	Constante/Variable	T=u(du/dy)
Fluido no newtoniano	Constante/Variable	T≠u(du/dy)
Fluido incompresible	Constante	No cero/cero
Fluido compresible	Variable	No cero/cero

Conclusión

Esto es todo para el artículo "Diversos tipos de flujo de fluido" donde también listamos los tipos de fluidos disponibles.

Espero que te guste la lectura; si es así, compártela con otros estudiantes. ¡Gracias por leer! Hasta la próxima.