Viscosidad - Poiseuille

Summary

En este video se exploran los conceptos de flujo de fluidos, viscosidad y disipación de energía en conductos. Se analiza cómo la viscosidad del fluido provoca fricción, lo que genera una caída de presión en el recorrido. Se explica el impacto de la velocidad, el diámetro del conducto y la viscosidad en la pérdida de energía, y cómo estos factores están relacionados con el gradiente de velocidad en el fluido. A través de ecuaciones matemáticas, se demuestra cómo calcular esta caída de presión y la importancia de estos principios en el diseño de sistemas de transporte de fluidos.

Takeaways

• 😀 La viscosidad de un fluido provoca disipación de energía cuando fluye por un conducto, afectando la energía mecánica.
• 😀 En un fluido real, la energía se pierde debido al rozamiento, lo que causa una caída de presión entre dos puntos en la cañería.
• 😀 A medida que el fluido fluye, su energía cinética disminuye debido a la disipación por rozamiento, lo que reduce la velocidad del fluido.
• 😀 La caída de presión entre dos puntos en una cañería se puede calcular usando parámetros como la longitud, la viscosidad del fluido, la velocidad y el radio del conducto.
• 😀 La energía cinética en un fluido disminuye conforme se aleja de la entrada de la cañería, pero la velocidad sigue siendo constante a lo largo de la cañería debido al principio de conservación de la masa.
• 😀 La caída de presión también está vinculada con la geometría del conducto, especialmente el radio, ya que una disminución en el diámetro aumenta el gradiente de velocidad y, por ende, las fuerzas de rozamiento.
• 😀 En el caso de un fluido en régimen estacionario, las fuerzas impulsoras (por presión) equilibran las fuerzas de rozamiento viscoso, permitiendo que el fluido fluya de manera constante.
• 😀 El modelo de flujo de láminas en conductos cilíndricos describe cómo las capas de fluido cerca de las paredes se mueven más lentamente que las capas centrales, lo que genera un perfil de velocidades no uniforme.
• 😀 La caída de presión en un fluido que circula por una cañería depende del producto entre la sección del conducto y la velocidad media del fluido, según la ecuación de continuidad.
• 😀 La pérdida de carga, o caída de presión, puede ser más pronunciada en caños más estrechos debido al mayor gradiente de velocidad, lo que genera un mayor rozamiento y pérdida de energía.
• 😀 Aumentar la velocidad del fluido puede causar una conversión de energía desde la presión hacia la energía cinética, lo que no implica una pérdida de energía, sino una redistribución de la energía del sistema.

Q & A

¿Qué causa la disipación de energía en el flujo de un fluido real a través de una cañería?

La disipación de energía en el flujo de un fluido real es causada por la viscosidad del fluido, que provoca fricción entre las capas del fluido y las paredes del conducto. Esto resulta en la pérdida de energía mecánica a medida que el fluido se desplaza.

¿Cómo se relaciona la viscosidad del fluido con la caída de presión en una cañería?

La viscosidad del fluido influye directamente en la caída de presión. A mayor viscosidad, mayor es la resistencia interna al flujo, lo que provoca una mayor caída de presión a medida que el fluido fluye a través de la cañería.

¿Qué sucede con la energía cinética del fluido cuando fluye de un punto 1 a un punto 2 en una cañería?

La energía cinética del fluido disminuye a medida que fluye de un punto 1 a un punto 2 en una cañería debido a la disipación de energía por fricción. Esto se manifiesta en una reducción de la velocidad del fluido en el punto 2 en comparación con el punto 1.

¿Por qué la presión es más baja en el punto 2 que en el punto 1 de la cañería?

La presión es más baja en el punto 2 debido a la disipación de energía por fricción. A medida que el fluido se mueve a través de la cañería, la energía se pierde y la presión disminuye en el punto de salida, o punto 2.

¿Qué factores afectan la caída de presión en un flujo de fluido a través de un conducto cilíndrico?

La caída de presión depende de varios factores, entre ellos la longitud del conducto, la viscosidad del fluido, la velocidad del flujo, y el radio del conducto. Un aumento en el radio del conducto reduce la caída de presión, mientras que un aumento en la longitud o viscosidad la incrementa.

¿Cómo se calcula la caída de presión en una cañería?

La caída de presión se calcula usando una ecuación que involucra la viscosidad del fluido, la velocidad media del flujo, el radio del conducto, y la longitud del camino recorrido. Esta ecuación permite estimar la pérdida de presión por fricción.

¿Por qué en una cañería con mayor radio la caída de presión es menor?

En una cañería con mayor radio, la caída de presión es menor porque la sección transversal es mayor, lo que permite que el fluido fluya con menor resistencia y, por lo tanto, menor fricción. Esto reduce la pérdida de energía y la caída de presión.

¿Qué ocurre con el perfil de velocidad del fluido en una cañería cilíndrica?

En una cañería cilíndrica, el fluido tiene un perfil de velocidad no uniforme: la velocidad es mayor en el centro del conducto y disminuye a medida que se acerca a las paredes del tubo debido a la fricción. Este perfil genera un gradiente de velocidad, que es crucial para entender las fuerzas de fricción.

¿Cómo se manifiesta la disipación de energía en el flujo de un fluido en una cañería?

La disipación de energía en el flujo de un fluido se manifiesta como una caída de presión a medida que el fluido fluye a través del conducto. Este fenómeno se debe al trabajo realizado por la fuerza de fricción entre el fluido y las paredes de la cañería.

¿Cuál es la relación entre la velocidad del fluido y la caída de presión en una cañería?

La velocidad del fluido está directamente relacionada con la caída de presión. A mayor velocidad, mayor es el gradiente de velocidad y, por lo tanto, mayor es la fuerza de fricción, lo que provoca una caída de presión más significativa. Esto se vuelve más notable en cañerías con mayor resistencia o menor radio.