LINEAS DE TRAYECTORIA Y LINEAS DE CORRIENTE

LINEA DE CORRIENTE

Se denomina línea de corriente al lugar geométrico de los puntos tangentes al vector velocidad de las partículas de fluido en un instante t determinado. En particular, la línea de corriente que se encuentra en contacto con el aire, se denomina línea de agua.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Linea_corriente_1.JPG

TUBO DE CORRIENTE O FILAMENTO DE FLUJO

Un tubo de corriente o filamento de flujo es un tubo pequeño imaginario o conducto, cuya frontera está formada por líneas de corriente.

Las líneas de corriente son fronteras en el mismo sentido que las paredes son fronteras de los conductos reales. Recíprocamente, las fronteras de un conducto real o de cualquier

sólido inmerso en el fluido son líneas de corriente. Si las fronteras son paredes sólidas no hay componente normal de la velocidad en las mismas.

CANALES

Un canal es una construcción destinada al transporte de fluidos, generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberias es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación.

VERTEDERO 

Es una estructura hidraulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales. Existen diversos tipos según el uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas.

CORRECTOMETRO

Es un instrumento que nos permite  medir la velocidad de corrientes en el mar, en los ríos, arroyos, estuarios, puertos, modelos físicos en laboratorio, etc.. Existen algunos modelos que además registran su dirección, profundidad e inclinación respecto de la vertical, temperatura de agua de mar, presión y conductividad. Su modalidad de registro puede ser papeleta inscriptora, cinta magnética o memoria de estado sólido.

MEDIDORES DE VELOCIDAD Y CAUDAL EN TUBERIAS

Es común encontrar en los procesos industriales  fluidos ya sea interviniendo en forma directa en el proceso de producción o porque pertenecen a los circuitos secundarios necesarios, sea cual sea la razón los fluidos están ahí y, por tanto, hay que controlarlos, por lo tanto es necesario saber en todo momento cuáles son las principales características de los fluidos, que pueden variar mucho de una aplicación a otra. En el mercado existe una gran variedad de medidores, tanto desde el punto de vista de tamaños y rangos de operación como de principios de funcionamiento. Esto es debido a que se intenta conseguir la máxima precisión para la mayor cantidad de aplicaciones.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

El principio de funcionamiento hace referencia al fenómeno fisico en que se basa el medidor, y es una característica de diseño. Para los medidores de caudal volumétricos, los principales sistemas son presión diferencial, área variable, velocidad, tensión inducida , desplazamiento positivo y vórtice. Para los másicos se deben destacar el sistema térmico y el sistema basado en la fuerza de Coriolis.

La formula para el caudal para este tipo de funcionamiento se deduce de la aplicación del teorema de Bernouilli. Este teorema relaciona la energía cinética, la potencial y la presión de un fluido en diferentes puntos de la vena fluida. Mediante la interposición de un Diafragma , una Tobera, un tubo Venturi, un tubo Pitot o un tubo Annubar, se puede relacionar el cambio de velocidad y presión que experimenta el fluido con el caudal.

TIPOS DE MEDIDORES DE VELOCIDAD Y CAUDAL EN TUBERIAS

VENTURI: Su función consiste en producir un estrangulamiento en la sección transversal de la tubería, el cual modifica las presiones, con la medición de este cambio es posible conocer el gasto que circula por la sección, el estrangulamiento de esta es muy brusco, pero la ampliación hasta la sección original es gradual. 

Características:

Normalmente es una pieza fundida que consta de  una porción aguas arriba, la cual tiene el mismo tamaño de la tubería, tiene un revestimiento en bronce y contiene un anillo piezométrico para medir la presión estática; Ademas, posee una región cónica convergente, una garganta cilíndrica con un revestimiento en bronce que contiene un anillo piezométrico y  una región cónica gradualmente divergente que desemboca en una sección cilíndrica del tamaño de la tubería.

                                               http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Medidores.htm

DIAFRAGMA: Consiste en una placa con un orificio que se interpone en la tubería. Como resultado de esta obstrucción existe una pérdida de carga, que es la que se mide por comparación con una sonda aguas arriba y otra aguas debajo de la instalación. Este tipo de medidor es utilizado en tuberías donde se permita una gran pérdida de energía. El cambio de área que se genera al colocar el diafragma, provoca un estrangulamiento de la sección, lo que da lugar a un cambio de presiones antes y después del diafragma, cuyo valor determina el gasto en la sección.

TUBO PITOT: Con el podemos medir la velocidad del flujo en un punto del fluido, consta de un hueco alineado con el flujo que se aproxima y está cerrado por uno de sus extremos con un tapón redondo que tiene un pequeño orificio en la línea central del tubo. El fluido dentro del tubo Pitot es estacionario, en tanto que el que se aproxima fluye alrededor de este. Una partícula de fluido que se mueve a lo largo de la línea de corriente, que coincide con el eje del tubo Pitot, alcanza el reposo al acercarse a la punta del tubo Pitot (S), debido a que debe dividirse y pasar por ambos lados del tubo. Al entrar momentáneamente en reposo, la presión del fluido se eleva a un valor Ps el cual se conoce como presión de estancamiento y se relaciona con la velocidad del tubo corriente arriba. La presión del flujo estacionario en el interior del tubo Pitot es igual a la presión de estancamiento del flujo externo con el que está en contacto a través del pequeño orificio localizado en el punto de estancamiento S del tubo.

                                                 http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Medidores.htm

ROTAMETROS: Son medidores de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante. El Rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal.

                                                   http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Medidores.htm

ANNUBAR: Es una versión mejorada del tubo pitot, y se basa en medir la presión estática y la total. Con la diferencia que se obtiene la velocidad del fluido, y conociendo la sección se obtiene el caudal. Los Diafragmas, Toberas, y los tubos venturi se basan en cambiar el perfil de la vena fluida y, por consiguiente, su velocidad y presión; en cambio tanto los tubos Pitot como los Annubar se basan en introducir un sensor dentro de la tubería, intentando que no afecten la vena fluida.

                      http://sag-automation.com/Files/Emerson/Measurement/measurementprod.html

 

REFERENCIAS


· Revista automática e instrumentación, Nº 280. articulo “Medidores de caudal”. EPM.

· Sotelo Avila, hidráulica aplicada

· Fay James A, mecánica de fluidos, 1ª edición, editorial CECSA ,México 1996.

· Streeter Victor L. Mecánica de fluidos, 9ª edición, Mc Graw Hill, 1999.



MEDIDORES DE PRESION

La mayoría de los dispositivos que permiten medir la presión directamente miden en realidad la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. El resultado obtenido se conoce como presión manométrica.



Presión absoluta = presión manométrica + presión atmosférica



La presión atmosférica al nivel del mar es 101.3 kPa, o 14.7 lb/in2 . Debido a que la presión atmosférica participa en gran número de cálculos, con frecuencia se usa una unidad de presión de una atmósfera (atm), definida como la presión media que la atmósfera ejerce al nivel del mar, o sea, 14.7 lb/in2 .



Barómetro



Instrumento para medir la presión atmosférica, es decir, la fuerza por unidad de superficie ejercida por el peso de la atmósfera. Como en cualquier fluido esta fuerza se transmite por igual en todas las direcciones. La forma más fácil de medir la presión atmosférica es observar la altura de una columna de líquido cuyo peso compense exactamente el peso de la atmósfera. Un barómetro de agua sería demasiado alto para resultar cómodo. El mercurio, sin embargo, es 13,6 veces más denso que el agua, y la columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica normal tiene una altura de sólo 760 milímetros.



Barómetro de mercurio



Un barómetro de mercurio ordinario está formado por un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. Cuando el tubo se llena de mercurio y se coloca el extremo abierto en un recipiente lleno del mismo líquido, el nivel del tubo cae hasta una altura de unos 760 mm por encima del nivel del recipiente y deja un vacío casi perfecto en la parte superior del tubo. Las variaciones de la presión atmosférica hacen que el líquido del tubo suba o baje ligeramente; al nivel del mar no suele caer por debajo de los 737 mm ni subir más de 775 mm. Cuando el nivel de mercurio se lee con una escala graduada denominada nonius y se efectúan las correcciones oportunas según la altitud y la latitud (debido al cambio de la gravedad efectiva), la temperatura (debido a la dilatación o contracción del mercurio) y el diámetro del tubo (por los efectos de capilaridad), la lectura de un barómetro de mercurio puede tener una precisión de hasta 0,1 milímetros.


Barómetro Aneroide

Un barómetro más cómodo (y casi tan preciso) es el llamado barómetro aneroide, en el que la presión atmosférica deforma la pared elástica de un cilindro en el que se ha hecho un vacío parcial, lo que a su vez mueve una aguja. A menudo se emplean como altímetros (instrumentos para medir la altitud) barómetros aneroides de características adecuadas, ya que la presión disminuye rápidamente al aumentar la altitud. Para predecir el tiempo es imprescindible averiguar el tamaño, forma y movimiento de las masas de aire continentales; esto puede lograrse realizando observaciones barométricas simultáneas en una serie de puntos distintos. El barómetro es la base de todos los pronósticos meteorológicos.




Manómetro de tubo abierto

Un aparato muy común para medir la presión manométrica es el manómetro de tubo abierto. El manómetro consiste en un tubo en forma de U que contiene un líquido, que generalmente es mercurio. Cuando ambos extremos del tubo están abiertos, el mercurio busca su propio nivel ya que se ejerce una atmósfera de presión sobre cada uno de ellos. Cuando uno de los extremos se conecta a una cámara presurizada, el mercurio se eleva hasta que la presiones se igualan.


La diferencia entre los dos niveles de mercurio es una medida de presión manométrica: la diferencia entre la presión absoluta en la cámara y la presión atmosférica en el extremo abierto. El manómetro se usa con tanta frecuencia en situaciones de laboratorio que la presión atmosférica y otras presiones se expresan a menudo en centímetros de mercurio o pulgadas de mercurio.

CONCEPTOS BASICO DE PRESION

Se conoce como PRESION  a la  magnitud fisica que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie, relacionando asi,la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una  fuerza normal F de manera uniforme y perpendicularmente a la superficie; Por lo tanto La Presion viene dada por :

Para no hundirse en la nieve es conveniente usar unas raquetas especiales de mayor superficie de apoyo que los zapatos. Por el contrario, los zapatos de tacón fino deforman el suelo y se hunden con mucha facilidad.

Un cuchillo mal afilado corta con mucho esfuerzo. Si lo afilamos disminuye la superficie del filo y corta más fácilmente. También cortan el hielo las cuchillas de los patines.

Si una fuerza actúa sobre una superficie PEQUEÑA, su efecto deformador es GRANDE.

Si una fuerza actúa sobre una superficie GRANDE, su efecto deformador es PEQUEÑO.

El poder deformador de una fuerza se "reparte" en la superficie sobre la que actúa. La magnitud escalar que mide este "reparto" es la presión, que se define como la "fuerza aplicada perpendicularmente sobre cada unidad de superficie".

Los gases y los líquidos son fluidos, que pueden estar en movimiento o en reposo (estáticos), pero  aunque esté en reposo la masa, sus partículas, los átomos y las moléculas, están en continua agitación.La PRESION en los FLUIDOS  es la  presion  termodinámica que interviene en la ecuacion constitutiva y en la  ecuacion del movimiento  del fluido, en algunos casos especiales esta presión coincide con la presión media o incluso con la presión hidrostática.

Todas las presiones representan una medida de la energía potencial por unidad de volumen en un fluido. Para definir con mayor propiedad el concepto de presión en un fluido se distinguen habitualmente varias formas de medir la presión:

• La presión media, o promedio de las presiones según diferentes direcciones en un fluido, cuando el fluido está en reposo esta presión media coincide con la presión hidrostática.

• La presión hidrostática es la parte de la presión debida al peso de un fluido en reposo. En un fluido en reposo la única presión existente es la presión hidrostática, en un fluido en movimiento además puede aparecer una presión hidrodinámica adicional relacionada con la velocidad del fluido. Es la presión que sufren los cuerpos sumergidos en un líquido o fluido por el simple y sencillo hecho de sumergirse dentro de este. Se define por la fórmula:

Donde; Peso Especifico

Donde h= profundidad bajo la superficie del fluido 

• La presión hidrodinámica es la presión termodinámica dependiente de la dirección considerada alrededor de un punto que dependerá además del peso del fluido, el estado de movimiento del mismo

Flujo Másico Y Flujo Volumétrico

Flujo Másico:
La magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo. Matemáticamente es la diferencia de la masa con respecto al tiempo.

Flujo Volumétrico:
Es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo.

Volumen Específico

Es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es la inversa de la Densidad.no dependen de la cantidad de materia.

Viscosidad Cinemática

Es el tiempo requerido para que una cantidad fija de un aceite fluya a través de un tubo capilar bajo la fuerza de la Gravedad.

Modulo De elasticidad Volumétrico o Comprensibilidad (k o E)

Expresa la comprensibilidad de un líquido, éste es importante cuando se involucran cambios en la temperatura, un caso es la convención libre; existe un decrecimiento en el volumen de v-∆v cuando la presión del volumen unitario del líquido se incrementa en ∆p, se denota por la siguiente ecuación: k= (-∆p)/(∆v/v) (2)

Viscosidad

Además de las propiedades termodinámicas de los fluidos como la presión, temperatura y densidad existen otras secundarias que dan lugar a sus comportamientos específicos, la mas importante de estas es la viscosidad, la cual relaciona el esfuerzo tensión local en un fluido en movimiento con la velocidad de deformación de sus partículas

Cavitación

Es el proceso donde el flujo del líquido produce presiones muy bajas, las cuales pueden ser iguales o menores a la presión de vapor, lo que hace que cierta cantidad de líquido se convierta en vapor y formen moléculas de aire que se agrupan y forman burbujas las cuales son arrastradas del punto donde se forman cuando entran a un flujo donde la presión es mayor que la presión de vapor.

Se define por medio de:

σ=((P-Pv))/(((ρv^2)/2)) (2)

Presión de Vapor

Es cuando las moléculas de vapor ejercen una presión en las moléculas de la superficie, donde estas escapan es allí cuando los líquidos se evaporan; en este proceso se presenta un equilibrio que consiste en que el numero de moléculas de vapor que chocan con la superficie líquida y se condensan es igual al número de moléculas que escapan.  La ebullición se produce cuando la presión por encima del líquido es igual a la presión de vapor del líquido.

Este Fenomeno donde a una lata de gaseosa vacía se le agrega un poco de agua, esta se pone a hervir llenando la lata de vapor, al poner en contarto el vapor con agua liquida, este condensa a estado liquido produciendo una presión interna de vacío, causando un aplastamiento de la lata por parte de la presión atmosferica.

Capilaridad

Hace referencia a la capa especial que se forma entre un líquido o gas o dos líquidos inmiscibles, aparentemente debido a la atracción de moléculas del líquido bajo la superficie.
 

Esta capa se puede ver teniendo en cuenta la energía superficial requerida para traer las moléculas de fluido a la superficie.

Tensión Superficial

Es la propiedad de los fluidos que se encarga de producir efectos de tensión en la superficie de los líquidos, es decir, es el momento en el que el fluido entra en contacto con otro fluido no miscible normalmente con otro lìquido o un gas o con un contorno sólido (tubos), estas fuerzas se originan en la cohesion intermolecular y la fuerza de adhesión del fluido al sólido, una explicación de la tensión superficial, puede ser la formación de gotas esféricas cuando el líquido se pulveriza y la fuerza de cohesión predominante dirigidas siempre hacia el interior, podemos definir la tensión como:

σ= E/(A superficial)

σ=Fs/l

Existen distintos fenomenos asociados con la Tensión superficial:

1. 
   
   Cuando un líquido moja la superficie, el menisco es de forma convexa y forma un ángulo mayor de 90 grados, cuando no moja la superficie el menisco es de forma cóncava y maneja un angulo menor de 90 grados.
2. 
   
   Otro caso es el de la flotación de objetos en la superficie libre del fluido, donde la densidad es mucho mayor que la del objeto que se encuentra en la parte.
3. 
   
   La formación de las gotas, estas naturalmente son de forma esférica ya que es la forma con menor área superficial, la forma de estirada de ésta, es a causa de la gravedad.
4. 
   
   la evaporación superficial, es producida por la aplicación de ciertas temperaturas al fluido, estas se producen por que las moléculas en la parte superior no están estáticamente estables, ya que existen partes de las moléculas que están sueltas.

Densidad Relativa (ρ)

 Es la razón de su peso al peso de un volumen igual en condiciones normales, también se puede expresar como la relación de su densidad o peso específico con la de un líquido patrón como el agua, la presión promedio es la fuerza normal que empuja a un fluido contra las paredes de un area plana, dividida por el area "la razón de fuerza normal al área, mientras el área se aproxima a un valor pequeño encerrado en un punto."(1)

Peso Especifico

Se define como peso específico al peso de un fluido por su unidad de volumen.

Se obtiene dividiendo un peso conocido de una sustancia entre el volumen que ocupa.

Se denota con la letra griega = g, y mediante la siguiente ecuación: Pc= p/v

Es una de las propiedades fundamentales de los fluidos estáticos y se define como su peso por unidad de volumen, siendo esta cambiante cuando se traslada de lugar.

Densidad

Se denomina densidad a la relación que existe entre la masa y el volumen de una sustancia, de lo anterior se puede concluir que a mayor masa mayor será la densidad del fluido.

Sus unidad en el sistema Internacional es el kilogramo por metro cubico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3.

Se expresa de la siguiente manera:  ρ=m/V

Propiedades De los Fluidos