Mecánica de Fluidos: Movimiento, Viscosidad y Pérdida de Carga en Líquidos Reales

Líquidos Reales y Movimiento de Fluidos

El concepto de líquido perfecto (incompresible y sin viscosidad), utilizado en la hidrodinámica, generalmente es esquemático y solo en muy pocos casos puede sustituir al líquido real o natural. Puesto que, si bien la compresibilidad a menudo no interviene, la viscosidad es un factor que influye de manera preponderante en el escurrimiento de los líquidos reales.

En este caso, las ecuaciones deducidas para el movimiento de los líquidos perfectos solo pueden ser aplicadas en aquellos procesos donde se puede despreciar la acción de la viscosidad. Por ejemplo, en el escurrimiento de un líquido a través de un orificio (Ejemplo: Torricelli).

Pero, en general, para estudiar el movimiento de las masas líquidas, será necesario considerar la influencia de la viscosidad, haciendo intervenir los esfuerzos tangenciales producidos por esta con sus frotamientos internos.

Régimen Laminar y Régimen Turbulento

La masa líquida (según Newton) está formada por capas paralelas de espesor infinitesimal y se desliza una sobre otra con velocidad diferente. A este tipo de escurrimiento se lo denomina laminar, que se puede observar en la salida de un aceite pasado a través de un orificio.

En cambio, cuando los filetes líquidos escurren con trayectorias tortuosas, con retornos y desviaciones laterales, se denomina turbulento.

Experimento de Reynolds

Reynolds realizó experiencias en un aparato que podía variar la velocidad de salida del escurrimiento dentro de un conducto de cristal, dispuesto horizontalmente en un depósito, y con una válvula en su extremo libre. Visualizó los filetes inyectando colorante de igual peso específico que el agua, de forma que las partículas del líquido colorante se difundían en el centro de la corriente.

Para evitar perturbaciones, se dejaba reposar el agua en el depósito durante horas; la embocadura del conducto era redonda y estaba alejada de las paredes. Se abre la válvula para iniciar el movimiento, regulando su apertura de forma tal de obtener un flujo con velocidad variable.

Tipos de Escurrimiento Observados

1. Escurrimiento Laminar

   En una sección AB, los filetes líquidos de la velocidad se distribuyen concéntricamente: las velocidades son máximas en el centro y lentas en las paredes del mismo. Abriendo la válvula se incrementa el caudal y la velocidad de salida, llegando a un momento en el que el filete coloreado comienza a oscilar transversalmente.

2. Velocidad Crítica

   Corresponde a una velocidad crítica. Si se seguía aumentando la velocidad de salida, aumentaban las fluctuaciones que luego desaparecían.

3. Escurrimiento Turbulento

   Se caracterizaba por la superposición de un movimiento de traslación transversal con el movimiento de la corriente, lo cual se manifestaba con la imposibilidad de observar filetes coloreados, apreciándose turbulencias coloreadas.

Se comprueba que existe una velocidad crítica de la corriente, por debajo de la cual el escurrimiento es laminar y estable, y por encima es inestable. Por efecto de tres presiones, el escurrimiento pasa a turbulento.

Pérdida de Carga

La pérdida de carga en una tubería o canal es la pérdida de presión de un fluido debido a la fricción interna y contra las paredes de la tubería que lo conduce. Las pérdidas pueden ser:

• Continuas (o regulares): A lo largo del conducto.
• Localizadas (o accidentales): Debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de válvulas, etc.