Entendiendo el Comportamiento y Medición de Fluidos

Fluidos: Comportamiento y Propiedades

Un fluido es toda sustancia que, ante una distorsión, desliza sus capas una sobre otra, adaptándose a la forma del recipiente que lo contiene. Podemos distinguir entre líquidos, que no varían su volumen en función de la presión, y gases, que sí lo hacen.

Mecanismo de Flujo de los Fluidos: Experimento de Reynolds

Reynolds desarrolló un experimento para estudiar el flujo de los fluidos. En este experimento, un recipiente contiene agua, y la velocidad del agua que fluye a través de un tubo puede variar. Se inyecta un líquido coloreado en el agua. Reynolds observó que, cuando el flujo era lento, se observaba una vena de líquido coloreado en el medio de la corriente de agua sin mezclarse. Al aumentar la velocidad del agua, ambos se mezclan, indicando una transición del flujo laminar al turbulento.

Distribución de Velocidades

Tanto en el flujo viscoso como en el turbulento, el fluido se mueve a mayor velocidad en el centro que cerca de las paredes. Esto es válido solo para secciones rectas de cañería donde el flujo es isotérmico.

Viscosidad

La viscosidad es la resistencia a fluir que tienen los fluidos reales.

Teorema de Bernoulli

Basándose en el principio de conservación de la energía, Bernoulli desarrolló un teorema con el que iguala el contenido energético de dos puntos de un sistema que describe a un fluido entre dos puntos extremos. Según el principio de conservación de la masa, la cantidad de líquido que ingresa es igual a la que sale.

Dispositivos de Medición de Flujo

Medidor de Diafragma

Un diafragma es un disco delgado con un orificio central a través del cual el fluido sale. Si tomamos dos puntos a la misma altura, la diferencia de presión entre ellos es proporcional a la diferencia de velocidad.

Rotámetros

Un rotámetro consiste en un tubo de vidrio graduado, ligeramente cónico, montado con su extremo más estrecho en la parte inferior, que contiene un flotador. A medida que el flujo varía, el flotador asciende o desciende, variando así el espacio anular.

Venturímetro

Para solucionar los problemas del diafragma, ya que al producirse un cambio brusco de velocidad se produce un cambio importante de potencia aguas abajo, Venturi creó el medidor de caudal, en el cual se produce un cambio lento de sección, obteniéndose menor pérdida de energía.

Tubo de Pitot

Tanto el diafragma como el venturímetro miden la velocidad media en la corriente total del fluido. El tubo de Pitot lo hace en un punto específico.

Válvulas y Regulación de Flujo

Válvulas

Las válvulas se utilizan para regular el flujo de fluidos en las cañerías.

Grifos

Se utilizan en líneas de pequeño diámetro para aire comprimido. No son buenos reguladores, ya que no hay casi diferencia de caudal entre apenas abierto y completamente abierto.

Válvulas de Asiento

Estas válvulas hacen que el flujo de fluido se realice de forma horizontal. Constan de un cuerpo globular con una separación interna que lleva un taladro circular en el que se inserta un anillo.

• Válvula de asiento con disco de metal
• Válvula de asiento con disco de pasta

Válvulas de Compuerta

Se utilizan en cañerías de grandes diámetros. Su husillo puede ser desplazable o no.

Válvulas de Reducción y de Regulación

Se utilizan para mantener constantes magnitudes que son importantes para el proceso, por ejemplo: temperatura, concentración, nivel, presión, etc. Tienen una abertura donde reciben el valor a regular.

Válvulas de Retención

Se utilizan para asegurar que el flujo vaya en una sola dirección. Impiden el retroceso del fluido cuando se para una bomba, evitando así que por un desperfecto se pierda lo ya desplazado.

• Válvula de charnela
• Válvula de bola