Flujo ideal

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

¿Qué es el flujo ideal?
Un fluido ideal es una sustancia no viscosa que
se encuentra en un estado líquido o gaseoso
según la temperatura en la que se utilice.
Generalmente los compuestos que pueden estar
en los mencionados estados son aquellos que no
tienen una fuerza de atracción hacia los metales
o entre sus mismas moléculas.
Decimos de que estamos frente de un fluido
ideal, cuando consideramos que su
comportamiento es de un régimen estable,
irrotacional, incompresible y no viscoso.

Características del flujo ideal
El movimiento de un fluido real es muy complejo. Para
simplificar su descripción consideraremos el
comportamiento de un fluido ideal cuyas características
son las siguientes:
1.-Fluido no viscoso. Se desprecia la fricción interna
entre las distintas partes del fluido
2.-Flujo estacionario. La velocidad del fluido en un
punto es constante con el tiempo
3.-Fluido incompresible. La densidad del fluido
permanece constante con el tiempo
4.-Flujo irrotacional. No presenta torbellinos, es decir,
no hay momento angular del fluido respecto de
cualquier punto.

Propiedades de los fluidos
•Propiedades Extensivas e Intensivas
En termodinámica se distingue entre aquellas propiedades
cuyo valor depende de la cantidad total de masa presente,
llamadas propiedades extensivas, y aquellas propiedades
cuya medida es independiente de la cantidad total de masa
presente que son llamadas propiedades intensivas.
•Densidad
Una de las formas más útiles de caracterizar una sustancia
es especificar la cantidad de sustancia por unidad de
volumen. El resultado de ésta caracterización se denomina
densidad de la sustancia.
•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.

•Relación entre el peso específico y densidad
Teniendo en cuenta que el peso es igual a W = m.g, en base a
las ecuaciones anteriores se puede ver que la densidad y el peso
específico están relacionados del siguiente modo:
•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).
•
Viscosidad dinámica
Entre dos placas paralelas de igual superficie y separadas por
una distancia b se encuentra un fluido homogéneo a
temperatura constante. A la placa superior se le aplica una
fuerza F por lo que ´esta se mueve con una velocidad U.
La placa inferior permanece quieta. Dado que el fluido en
contacto con una superficie tiene la misma velocidad que la
superficie, el fluido entre las placas se deforma generando un
perfil de velocidades lineal entre las placas.

Flujo irrotacional
Flujo irrotacional:Al contrario que el flujo
rotacional, este tipo de flujo se caracteriza
porque dentro de un campo de flujo el vector
rotacional v es igual a cero para cualquier punto
e instante.
Un ejemplo de flujo irrotacional lo observamos
en el vórtice forzado, también llamado de
cuerpo sólido la vorticidad es diferente de cero
siendo igual a dos veces la velocidad angular. El
campo de velocidades cambia con un gradiente
constante en la dirección de r. Debido a que
existe cierta vorticidad existe una deformación
en el plano r-theta lo cual causa una traslación y
rotación de las partículas fluidas

Gas Ideal
Se denomina gases ideales a un gas hipotético o teórico, es
decir, imaginario, que estaría compuesto por partículas
desplazándose aleatoriamente y sin interactuar entre sí
Muchos de los gases reales conocidos en la química se
comportan a temperatura y presión ambientales como un gas
ideal, al menos desde una perspectiva cuantitativa. Esto permite
que sean estudiados como gases ideales dentro de ciertos
parámetros razonables. Sin embargo, el modelo de los gases
ideales tiende a fallar en cuanto varían las condiciones de
temperatura y presión, pues en esas condiciones la interacción y
el tamaño intermoleculares son importantes
Existen tres tipos básicos de gases ideales, de acuerdo al tipo de
enfoque físico elegido para su planteamiento:
•Gas ideal de Maxwell-Boltzmann. Se clasifica a su vez en gas
ideal termodinámico clásico, y gas ideal cuántico, dependiendo
del enfoque físico aplicado en su estudio.
•Gas ideal cuántico de Bose. Compuesto por bosones.
Gas ideal cuántico de Fermi. Compuesto por fermiones
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

Principio de Arquímedes
Como punto de partida, dejemos claro que el volumen
de fluido desalojado es el mismo volumen sumergido.
De igual forma, el Principio de Arquímedes nos indica
que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta
una lucha entre dos fuerzas. Una fuerza de empuje de
abajo hacia arriba que lo quiere hacer flotar y una fuerza
correspondiente al peso del cuerpo que lo quiere hacer
hundir
De la lucha entre ambas fuerzas existen tres
posibilidades: Que se hunda el cuerpo, que flote o que se
mantenga en equilibrio en el punto en el cual se le
sumerja
La finalidad de la ecuación de este principio es la de
calcular la fuerza de empuje que experimenta todo
cuerpo sumergido multiplicando la densidad del fluido
por el volumen sumergido por el valor de la gravedad
E=f*Vs*g
Recordemos que la densidad es masa sobre volumen y
que al final la fórmula del empuje se reduce al producto
de la masa del fluido desalojado por la gravedad

Principio de la Continuidad
Supongamos que a una canilla abierta que posee cierto caudal le enchufamos una
manguera.
Después de un rato en que nos aseguramos que el flujo se estabiliza (o sea:
logramos flujo estacionario) no esta mal decir que la canilla vierte en un extremo
de la manguera una cierta cantidad de agua en una cierta cantidad de tiempo.
Supongamos por ejemplo 10 litros/min. ¿Cual será el caudal en el otro extremo
de la manguera?. La pregunta es tan tonta que parece absurda: 10 litros/min. La
misma cantidad que entra por una punta sale por el otro extremo en el mismo
intervalo de tiempo [15].
Decir esto es lo mismo que decir: en todo el trayecto de la manguera no se crea ni
se destruye agua. Todo lo que entra, sale (por supuesto la manguera no debe estar
pinchada). A esta cuestión tan sencilla se la llama PRINCIPIO o ECUACIÓN
DE CONTINUIDAD y no es nada más ni nada menos que la forma que adopta el
principio de conservación de la materia en el barrio de los fluidos.
Si llamamos Q1 al caudal en un extremo y Q2 al caudal en el otro podemos
resumir todo lo dicho escribiendo
Q1=Q2
Si combinamos esta obviedad -fundamental- con la relación velocidad-área , nos
queda:
A1*V1=A2*V2

El principio de Venturi para un flujo ideal
Cuando el desnivel es cero, la tubería es horizontal. Tenemos
entonces, el denominado tubo de Venturi, cuya aplicación
práctica es la medida de la velocidad del fluido en una tubería.
El manómetro mide la diferencia de presión entre las dos ramas
de la tubería
La ecuación de continuidad se escribe
A1*V1=A2*V2
Que nos dice que la velocidad del fluido en el tramo de la
tubería que tiene menor sección es mayor que la velocidad del
fluido en el tramo que tiene mayor sección. Si A1>A2, se
concluye que V1<V2.
Podemos obtener las velocidades v1 y v2 en cada tramo de la
tubería a partir de la lectura de la diferencia de presión p1-p2 en
el manómetro

La ecuación de Bernoulli, se puede considerar como una
apropiada declaración del principio de la conservación de la
energía, para el flujo de fluidos. El comportamiento cualitativo
que normalmente evocamos con el término "efecto de
Bernoulli", es el descenso de la presión del líquido en las
regiones donde la velocidad del flujo es mayor. Este descenso
de presión por un estrechamiento de una vía de flujo puede
parecer contradictorio, pero no tanto cuando se considera la
presión como una densidad de energía. En el flujo de alta
velocidad a través de un estrechamiento, se debe incrementar la
energía cinética, a expensas de la energía de presión
Advertencia sobre el flujo en estado estacionario: Si bien la
ecuación de Bernoulli se afirma en términos de ideas
universalmente válidas, como son la conservación de la energía
y las ideas de presión, energía cinética y energía potencial, su
aplicación en la fórmula de arriba se limita a los casos de flujo
constante. Para el flujo a través de un tubo, tal flujo puede ser
visualizado como un flujo laminar, que todavía es una
idealización, pero si el flujo es una buena aproximación laminar,
entonces puede ser modelada y calculada la energía cinética del
flujo en cualquier punto del fluido.
Ecuación de Bernoulli para un flujo ideal

Aplicaciones en la industria petrolera
El manejo de los fluidos en superficie provenientes de un
yacimiento de petróleo o gas, requieren de la aplicación
de conceptos básicos relacionado con el flujo de fluidos
en tuberías en sistemas sencillos y en red de tuberías, el
uso de válvulas accesorios y las técnicas necesarias para
diseñar y especificar equipos utilizados en mecanismos de
producción
Los mecanismos de producción son aquellos que aportan
las energía necesaria para que los fluidos que se
encuentran en el yacimiento fluyan o se desplacen hacia
donde se encuentra una presión menor a la presión del
yacimiento, en este caso los mecanismo de producción
hacen que los fluidos se desplacen hacia el pozo, por
medio del cual se trasladaran hasta la superficie.

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