FLUJO DE FLUIDO EN PROCESAMIENTO DE ALIMENTOSEn cualquier planta de procesamiento de alimentos comercial, el movimiento de los alimentos líquidos a partir de un lugar a otro se convierte en una operación esencial. Varios tipos de sistemas se utilizan para mover los alimentos líquidos crudos o sin procesar, así como productos procesados líquidos antes de su envasado. La gama de alimentos líquidos se encuentran en una planta de procesamiento es extremadamente amplio, que abarca los alimentos con propiedades de flujo claramente diferentes, a partir de leche a la pasta de tomate. El diseño de estos sistemas en el procesamiento de alimentos es significativamente diferente de la mayoría de las otras aplicaciones debido a la necesidad esencial de saneamiento para mantener la calidad del producto. El sistema de transporte debe estar diseñado para permitir la facilidad y eficiencia en la limpieza. En este capítulo nos ocuparemos principalmente con el flujo de fluidos. Fluid es un término general que se utiliza tanto para gases o líquidos. La mayor parte de nuestra discusión se ocupará de alimentos líquidos. Un fluido comienza a moverse cuando una fuerza actúa sobre él. En cualquier lugar y tiempo dentro de un sistema de transporte de líquido, varios tipos de fuerzas pueden actuar sobre un fluido, tal como presión, gravedad, fricción, los efectos térmicos, cargas eléctricas, campos magnéticos, y las fuerzas de Coriolis. Tanto la magnitud y dirección de la fuerza que actúa sobre un fluido son importantes. Por lo tanto, un balance de fuerzas en un elemento de fluido es esencial para determinar las fuerzas que contribuyen a o se oponen al flujo. De nuestra experiencia diaria con la manipulación de diferentes tipos de fluidos, sabemos que si la presión en un lugar dentro de un sistema de fluido es mayor que otra, el fluido se mueve hacia la región de presión inferior. La gravedad causa que el flujo de fluido de mayor a menor altura. Un fluido que se mueve a una elevación menor experimenta una disminución de su energía potencial, mientras aumenta su energía cinética. Con la presencia de gradientes térmicos, fluidos calentados experimentar una disminución en la densidad, causando un líquido más ligero en aumento mientras que el fluido más denso toma su lugar. Conceptualmente podemos visualizar que en el interior de un fluido en movimiento una imaginaria capa de fluido se desliza sobre la otra. Las fuerzas viscosas actuar tangencial en el área entre estas capas imaginarias, y que tienden a oponerse al flujo. Por ello, si usted derrama miel un alimento altamente viscoso, que se mueve mucho más lentamente que la leche, que tiene una viscosidad mucho menor. Todos los fluidos presentan algún tipo de comportamiento viscoso distingue por una característica de flujo de llamada viscosidad. Vamos a examinar estos factores y su papel en el diseño de equipos para el transporte de diferentes tipos de alimentos y los ingredientes líquidos a diferentes ubicaciones dentro de una planta de procesamiento. Nota: (Todos los iconos en este capítulo se refieren a la página web del autor, que es propiedad independiente y operado. Academic Press no se hace responsable por el contenido o funcionamiento del sitio web del autor. Por favor, envíe sus comentarios y preguntas del sitio web del autor: Profesor R. Paul Singh, Departamento de Ingeniería Agrícola y Biológica de la Universidad de California, Davis, CA 95616, EE.UU.. Email:
[email protected]) 2.1 SISTEMAS DE TRANSPORTE DE LÍQUIDOS Un sistema de transporte típico consta de cuatro componentes básicos, a saber, tanques, tuberías, bombas y accesorios. La figura 2.1 ilustra una línea de pasteurización de leche simple. La leche cruda entra en el tanque de equilibrio antes del proceso de pasteurización y sale finalmente de la válvula de desviación de flujo. Entre el depósito y la válvula es el conducto, o de la tubería, para el flujo de leche. A menos que el flujo se puede lograr por la gravedad, la principal tercera componente es la bomba, donde la energía mecánica se utiliza para el transporte de productos. El cuarto componente del sistema consta de los accesorios tales como codos, válvulas y utilizados para controlar y dirigir el flujo. Los tanques usados en estos tipos de sistemas pueden ser de cualquier tamaño y configuración. Además de los componentes básicos de un sistema de transporte, puede haber equipo de procesamiento adicional como parte del sistema, tal como un intercambiador de calor para pasteurizar la leche, como se muestra en la Figura 2.1. (12) de la válvula de desviación del flujo. (3) regulador de caudal. (4) la sección regenerativa de precalentamiento. Aunque a veces se usa en plantas de procesamiento. o si los conductos no son redondos. (11) secciones de enfriamiento.1 Línea de producción para el procesamiento de la leche. (10) secciones de enfriamiento regenerativos. (2) la bomba de alimentación. (9) sistema de calefacción de agua caliente. (8) bomba de refuerzo. (13) del panel de control. (1) tanque de equilibrio.Figura 2. (Cortesía de Tetra Pak Processing Systems AB) 2. (6) sección de calentamiento.1. comúnmente llamadas si son redondos. drenajes abiertos generalmente se evitan. por . (5) clarificador centrífugo.1 TUBERÍAS PARA PLANTAS DE PROCESO Los fluidos (líquidos y gases) en las plantas de procesamiento de alimentos son transportados principalmente en conductos cerrados de tuberías. (7) la celebración de tubo. lo que podría ocurrir de no haber establecido la pasividad o cualquier medida que implique una eliminación película. Por lo tanto.razones sanitarias. Además. Si la película protectora de la superficie se ve afectada. Inc. Figura 2. Como la limpieza de estos sistemas a menudo se lleva a cabo la limpieza in situ (CIP). Probablemente.) . Como se muestra en la Figura 2. la característica más evidente es el uso de acero inoxidable para la construcción. esta película de la superficie debe reformar cada hora a partir de la superficie se limpia. los codos y las camisetas son esenciales para cambiar la dirección del movimiento del producto. superficies de acero inoxidable requieren cuidado para mantener la resistencia a la corrosión.3. Un típico sistema de tuberías para el transporte de alimentos líquidos contiene varios componentes esenciales. Esta válvula puede ser operado remotamente. el sitio es susceptible a la corrosión. facilidad de limpieza y resistencia a la corrosión. la cual puede variar en diámetro desde 2 a 10 cm. una válvula de aire accionada se ilustra en la figura 2. especialmente después de la limpieza. Es esencial que todos los componentes del sistema de tuberías contribuir a la manipulación higiénica del producto. Las tuberías utilizadas para los alimentos líquidos y sus componentes tienen numerosas características únicas. el uso apropiado del sistema proporciona la prevención de la corrosión deseada.2. se debe tener en cuenta este factor en el diseño inicial del sistema. Una descripción detallada de los mecanismos de corrosión está dada por Heldman y Seiberling (1976). En la práctica. Este metal proporciona suavidad. (Cortesía de CREPACO.2 Un alimento líquido típico sistema de procesamiento. Además de las longitudes rectas de la tubería. a menudo sobre la base de algún tipo de señal prefijado. Las superficies de acero inoxidable asegurar la suavidad necesario para la limpieza y desinfección. Otro componente es la válvula utilizada para controlar la velocidad de flujo. tuberías y componentes que ilustran la tubería. estos componentes se sueldan en el sistema de tuberías y se puede utilizar en varias configuraciones diferentes. La resistencia a la corrosión de acero inoxidable se atribuye a "pasividad"-la formación de una película superficial sobre la superficie del metal cuando se expone al aire. la bomba consiste en un impulsor accionado por motor encerrado en una caja.2. Figura 2.1. 2. las bombas pueden clasificarse como centrífuga o de desplazamiento positivo.5. debido a la fuerza centrífuga. Como se muestra en la Figura 2. el líquido experimenta la presión máxima y se mueve a través de la salida a la tubería. (Cortesía de Cherry-Burrell Corporation) . como se muestra en la figura.2. Como se ilustra en la Figura 2. La energía mecánica es proporcionada por las bombas. En este punto.3 Una válvula de aire accionada para alimentos líquidos. algún tipo de energía mecánica debe ser introducido para superar las fuerzas opuestas transporte del líquido.2 Tipos de bombas Excepto en situaciones donde la gravedad se pueden utilizar para mover los productos líquidos. Existen numerosos tipos de bombas utilizadas en la industria. El producto entra en la bomba en el centro de rotación del impulsor y. se traslada a la periferia del impulsor.1.4. Hay variaciones dentro de cada uno de estos tipos.1 Las bombas centrífugas El uso de la fuerza centrífuga para aumentar la presión del líquido es el concepto básico asociado con la operación de una bomba centrífuga. Las bombas centrífugas son más eficientes con líquidos de baja viscosidad. Estas bombas son adecuadas para los productos líquidos limpios y claros o sucio y abrasivo. También se utilizan para el bombeo de líquidos que contienen partículas sólidas (tales como guisantes en agua). tales como la miel. en donde las tasas de flujo son altos y los requisitos de presión son moderados.5). Dado que este paso no puede .Figura 2. Los impulsores con tres y cuatro álabes están disponibles y se pueden utilizar en algunas aplicaciones. tales como leche y zumos de fruta. 2. son difíciles de transportar con bombas centrífugas. debido a que se impide la consecución de las velocidades requeridas por las altas fuerzas viscosas en el producto. Este enfoque proporciona un medio barato para regular la velocidad de flujo. incluyendo el cierre completo de la válvula de descarga para detener el flujo.4 Clasificación de las bombas La mayoría de las bombas centrífugas sanitarias utilizadas en la industria alimentaria el uso de dos impulsores de paletas (Fig. Los líquidos con viscosidades altas. Las velocidades de flujo a través de una bomba centrífuga se controla por una válvula instalada en la tubería y conectado al extremo de descarga de la bomba. El flujo de descarga de las bombas centrífugas es constante. Figura 2.) . El diseño simple de la bomba centrífugo hace que sea fácilmente adaptable a las funciones de limpieza en el lugar. el bloqueo de flujo de una bomba centrífuga durante largos períodos de tiempo no es recomendable. debido a la posibilidad de daño a la bomba.dañar la bomba. se utiliza frecuentemente en las operaciones de procesamiento de alimentos líquidos. (Cortesía de Cherry-Burrell Corporation) (b) Una bomba centrífuga con componentes. Inc. (Cortesía de CREPACO.5 (a) Vista exterior de una bomba centrífuga. Sin embargo. 6. tipo lóbulo. La bomba rotativa tiene la capacidad de invertir la dirección de flujo por inversión del sentido de rotación del rotor. las tasas de flujo se controlan con precisión por la velocidad de accionamiento de la bomba. y bombas de engranajes.1. Bombas de pistón generalmente se componen de varios de cilindro-pistón modalidades de funcionamiento en posiciones diferentes de ciclo para asegurar presiones de salida más uniformes. Figura 2. Como sugiere el nombre. Movimiento del producto se relaciona directamente con la velocidad de las piezas móviles dentro de la bomba. El segundo tipo de bomba de desplazamiento positivo es la bomba de émbolo. Aunque hay varios tipos de bombas rotativas. La mayoría de las aplicaciones son para líquidos de baja viscosidad que requieren velocidades de flujo bajas y altas presiones. La bomba suministra un volumen fijo de líquido desde la entrada a la salida de la bomba.2.2 LAS BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Por aplicación de fuerza directa a un líquido confinado. Bombas centrífugas entregar un flujo constante de descarga. Las bombas alternativas entregar un flujo de descarga pulsante. se ilustra en la Figura 2. Por lo tanto. es un tipo de bomba de desplazamiento positivo. En la mayoría de los casos.2. Inc. engranaje interno. El mecanismo de operación también permite que una bomba de desplazamiento positivo para transportar líquidos con viscosidades altas. al menos una parte móvil de la bomba rotativa debe estar hecho de un material que resista acción de frotamiento que ocurre dentro de la bomba. El líquido se mueve fuera del cilindro a través de una válvula de salida durante el movimiento del pistón hacia adelante. (Cortesía del Tri-Canada. el concepto general de funcionamiento implica recinto de un bolsillo de líquido entre la parte giratoria de la bomba y la carcasa de la bomba. .6 Una bomba de desplazamiento positivo con la ilustración de los componentes internos.) Una bomba rotativa. Esta es una característica importante del diseño de la bomba que asegura un sellado hermético. un desplazamiento positivo bomba produce la presión requerida para mover el producto líquido. la acción de bombeo se logra por aplicación de fuerza por parte de un pistón para un líquido dentro de un cilindro. Las bombas rotativas de paletas incluyen deslizante. 2.2 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS El transporte de un alimento líquido por uno de los sistemas descritos en la sección anterior se relaciona directamente con las propiedades de líquidos. Cuando la tensión de cizallamiento es aplicar a un fluido. los rendimientos sólidos a su forma original. En la eliminación de la tensión aplicada. la tensión normal que se conoce como presión. la tensión se denomina tensión normal. σ. Cuando la fuerza que actúa sobre una superficie es perpendicular a él. Fuerza por unidad de área se define como el estrés. o simplemente. elástico y fluido. es decir. La influencia de la tensión de cizalladura en los sólidos y líquidos conduce a una amplia clasificación de materiales tales como plástico. el fluido no puede soportar el esfuerzo cortante. la tensión se denomina tensión de cizallamiento. . el fluido no retiene o intentar conservar su forma original cuando la tensión es retirada. así como las características de flujo dentro de la tubería de línea. Un material plástico. La comprensión del significado físico asociado con estas propiedades es necesario con el fin de diseñar un sistema de transporte óptimo. Más comúnmente. examinaremos los diferentes métodos utilizados para la medición de estas propiedades. principalmente viscosidad y densidad. hay una deformación finita proporcional. En el caso de un sólido elástico.2.1 TERMINOLOGÍA UTILIZADA EN LA RESPUESTA AL ESTRÉS DE MATERIAL El flujo de fluido tiene lugar cuando se aplica fuerza sobre un fluido. y no hay flujo de dicho material. 2. Cuando la fuerza actúa paralela a la superficie. Los ejemplos incluyen Jell-O ® y algunos tipos de queso blando. el objeto muestra una cierta recuperación. Más adelante en este capítulo. la tasa de deformación es proporcional a la tensión de cizalladura. Cuando el esfuerzo cortante se retira. sino el fluido se deforma. cuando se aplica tensión de cizalla. fluye. No hay recuperación. La tasa de deformación es proporcional a la tensión de cizallamiento aplicada. se deforma continuamente en aplicación de tensión de cizallamiento. Estas propiedades influirán en los requisitos de energía para el transporte de líquido. por otro lado. Un fluido deforma continuamente en aplicación de tensión de cizallamiento. que es la relación de la densidad del líquido dado que la densidad del agua a la misma temperatura. la densidad del agua es máxima a 4 C y disminuye constantemente con el aumento de temperatura (Fig. En un sentido físico. Este instrumento mide la gravedad específica.2. Por ejemplo.7 Densidad del agua como una función de la temperatura. 2. no hay ningún efecto apreciable observada. El instrumento de medición es un flotador ponderado unido a un vástago de pequeño diámetro que contiene una escala de gravedad específica de valores. El flotador se hunde en el líquido desconocido en una cantidad proporcional a la gravedad específica y el nivel de líquido resultante se lee en la escala del vástago.Cuando la tensión normal o se aplica presión sobre un líquido. Figura 2.2 DENSIDAD La densidad de un líquido se define como su masa por unidad de volumen y se expresa como kg/m3 en el sistema de unidades SI. al convertir los valores de . la magnitud de la densidad es la masa de una cantidad de un líquido dado que ocupa una unidad de volumen definido. puesto que el aumento de presión resulta en una reducción considerable en el volumen ocupado por un gas 2. Las densidades de los líquidos se mide con mayor frecuencia mediante un hidrómetro mano. mientras que los gases son fluidos compresibles. los líquidos se denominan fluidos incompresibles.7). El factor más evidente es que la magnitud de la densidad está influenciada por la temperatura. Por lo tanto. Sin embargo. comúnmente llamada fuerza de corte. La miel es considerablemente más viscosa que la leche. . F. a la derecha. 2. Consideremos dos placas paralelas que son infinitamente largo y separadas por una distancia dy. El fluido comienza a moverse tan pronto como una fuerza actúe sobre él. que se aplica en una dirección paralela a la superficie sobre la que actúa. la miel es mucho más difícil de verter de un frasco o en agitación de agua o leche. en la dirección opuesta a la fuerza de cizallamiento. a la placa superior de manera que se mueve por una pequeña distancia. A continuación. Por ejemplo. se coloca un bloque sólido de acero entre las dos placas y fije firmemente el bloque de acero para las placas de modo que si nos movemos una placa. x.gravedad específica a la densidad. La placa inferior está anclado a continuación de modo que permanece fija durante todo el experimento.8a. se aplica una fuerza. De la segunda ley de Newton del movimiento. se debe tener cuidado para asegurar que el valor para la densidad del agua a la temperatura medida se utiliza. En primer lugar. como se muestra en la figura 2. una fuerza de resistencia es ofrecido por el fluido al movimiento. El movimiento relativo de una capa de líquido sobre el otro es debido a la fuerza. Esta fuerza de resistencia es una medida de una propiedad importante de los fluidos llamados viscosidad. consideraremos un experimento hipotético. Con este marco conceptual. que comúnmente se observa una amplia gama de resistencia al movimiento. la superficie adjunta de bloque de acero también debe moverse con él. Con diferentes tipos de fluidos.2.3 VISCOSIDAD Un fluido podrá ser visualizado como materia compuesta de diferentes capas. y también debe actuar en una dirección paralela a la superficie entre las capas. Figura 2. (b) Un fluido encerrado entre dos placas. .8 (a) un bloque de acero encerrado entre dos placas. la placa superior continuará moviéndose con una velocidad du mientras mantiene la fuerza que actúa sobre la placa superior.9. AC.8b.8b. La placa inferior está anclado y permanece fijo durante todo el experimento. Entre estas dos capas extremas. las capas restantes también se moverá a la derecha. se desarrolla entre la placa superior e inferior. Cuand o se retira la fuerza. mientras que los palos de la capa más inferior a la placa fija inferior y permanece inmóvil. el acero se denomina un material elástico. con cada capa sucesiva arrastrado por la capa inmediatamente superior. como se muestra en la figura 2. girará a AC. la deflexión angular δθ es proporcional a la tensión de cizalladura σ. en un pequeño incremento de tiempo dt. Haciendo referencia a la figura 2.8b). Si llevamos a cabo el mismo experimento con un fluido insertado entre las dos placas en lugar de acero (Fig. el área de contacto entre la placa y el bloque de acero. Después de un corto intervalo. La fuerza de oposición es igual σA. La fuerza en el acero resistente a la circulación estará actuando en la interfaz de la placa de acero. en la dirección opuesta a la fuerza aplicada F. nuestras observaciones será notablemente diferente. Se aplica la fuerza F a la placa superior.Debido a este desplazamiento de la placa. Esta situación es análoga a la baraja de cartas que se muestran en la figura 2. La fuerza de arrastre depende de la resistencia de fricción ofrecida por la superficie de contacto entre las tarjetas. La capa de líquido inmediatamente por debajo de la placa superior en realidad se "pega" a ella y se mueve hacia la derecha con una velocidad de uranio empobrecido. la línea de CA se desvía de AC por un ángulo δθ. luego Para una deflexión angular pequeña . transitoria. Si la tarjeta superior se mueve a la derecha. La evidencia experimental indica que para los materiales sólidos tales como el acero. Esta fuerza actúa oponiéndose a la zona A. una línea imaginaria en el bloque de acero. y el ángulo de desviación será δθ. y así sucesivamente. donde σ es el esfuerzo cortante (fuerza por unidad de área). 2. el bloque de acero vuelve a su forma original. Un perfil de velocidad. arrastra la tarjeta inmediatamente debajo de ella. y que la tarjeta arrastra la de abajo. si. Por lo tanto. una línea recta que se obtiene pasa por el origen (Fig.10). se denominan líquidos Newtonianos. otros alimentos que presenten características newtoniana incluyen la miel. que presenta una proporcionalidad directa entre la tasa de cizallamiento y la tensión de cizallamiento. La pendiente de la línea proporciona el valor para la viscosidad. La viscosidad es una propiedad física del fluido y que describe la resistencia del material a la cizalladura inducida por el flujo. o entonces Los líquidos que siguen la ecuación (2. El agua es un líquido newtoniano. μ. Cuando la tensión de cizallamiento se representa frente a la velocidad de cizalla. depende de la naturaleza fisicoquímicas del material y de la temperatura.10). 2.1 da algunos ejemplos de coeficientes de viscosidad. es igual al producto de la velocidad y incremento de tiempo. Tabla 2. la leche líquida y jugos de frutas. desplazamiento lineal. Además. . x.Luego: Pero. . . debido a que la Sociedad de Reología recomienda el uso de σ para esfuerzo cortante. tensión de corte se expresa como dyne/cm2. aunque los sistemas de gravedad se utilizan cuando sea factible. podemos considerar una curva imaginaria en el fluido. En las secciones siguientes. Dado que la fuerza se expresa en N (newtons) y el área por m2 (metros cuadrados). 2. llamada línea de corriente. La energía requerida para bombear un líquido serán diferentes bajo diferentes condiciones de flujo. enfriamiento. los alimentos líquidos son procesados en una variedad de maneras. Nótese que es común ver τ utiliza como símbolo para la tensión de cizallamiento en la literatura. El transporte de alimentos líquidos a partir de equipos de procesamiento a otro se consigue principalmente mediante el uso de bombas.9.10).11). En esta sección. diferentes tipos de características de flujo se obtienen. y sus propiedades se discutirá más adelante en la Sección 2.3 SISTEMAS DE MANEJO DE LIQUIDOS newtoniano En una planta de procesamiento de alimentos. cizallamiento estrés se expresa en unidades de Pa (Pascal) como sigue.Los líquidos que no cumplan con la ecuación (2. En las unidades cgs. se hará referencia al flujo de fluido a lo largo de una línea de corriente. líneas de corriente proporcionan una buena indicación de caudal instantáneo de un fluido. Dependiendo de la velocidad del líquido y las fuerzas internas viscosas e inerciales. tales como por calentamiento.10) se denominan líquidos no newtonianos. donde. En cualquier instante de tiempo. concentración. 2. Ningún movimiento del fluido se produce a través de esta curva. a lo largo de la cual se mueve el fluido (Fig. Sin embargo. Cuando agrupados juntos en un tubo de corriente. El esfuerzo cortante σ se obtiene utilizando la ecuación (2. o la mezcla. La velocidad del fluido en cualquier punto a lo largo de la línea de flujo es en una dirección tangencial a lo largo de la línea. veremos los métodos cuantitativos para describir las características de flujo de los alimentos líquidos. vamos a utilizar este símbolo constantemente en este libro. supongamos que en el tiempo dt paso. como se muestra en la Figura 2. el fluido XX espacio ocupante mueve a YY espacio.12. El área de la sección transversal en X es DA1. Por lo tanto.2.1 La ecuación de continuidad El principio de conservación de la materia se utiliza con frecuencia para resolver problemas relacionados con el flujo de fluido. Por lo tanto. Para ello.3. La distancia entre X e Y es δx1 y entre X e Y es δx2. considere un fluido que fluye en una tubería. la masa contenida en el espacio XX debe ser igual que en YY. Puesto que el fluido se está moviendo. . y en X es dA2. Observamos también que el líquido contenido en el espacio YX es común a ambos espacio inicial y final. Para comprender este principio importante. hemos seleccionado diferentes áreas de sección transversal en los dos extremos para mostrar que nuestra derivación será aplicable a tales variaciones. Para la materia a ser conservadas. la masa de fluido en el espacio XY debe ser igual que en el espacio XY. bajo condiciones de estado estacionario. la tasa de flujo volumétrica permanece constante. Podemos expresar esta ecuación sobre la base del flujo de masa.14) donde m es la tasa de flujo másico. El flujo másico es una función ρ de la densidad. De acuerdo con la ecuación (2. y el media velocidad u del fluido. Para un fluido incompresible. kg / s.La ecuación (2. u.17). ya sea o tasa de flujo volumétrico. el área de la sección transversal de la tubería o tubo. de la ecuación (2.14) muestra que la masa velocidad de flujo se mantiene constante bajo condiciones de estado estacionario.14) La tasa de flujo volumétrico V es un producto de área de sección transversal A de la tubería y la velocidad media del fluido. tal como para los líquidos. La ecuación (2. En la ecuación (2. la densidad permanece constante.14) es la ecuación de continuidad. u. de la . Entonces. El desarrollo matemático anterior sólo será válida si se utiliza la velocidad media. La desaparición del colorante es causada por el movimiento de parte del tinte en la dirección radial. es necesario garantizar que la velocidad media sólo se selecciona siempre la ecuación (2.3. A velocidades de flujo altas. como se muestra en la Figura 2. A estas velocidades de flujo altas. El uso de la barra en el símbolo U indica que representa un valor medio de la velocidad. de hecho. el flujo se llama flujo transitorio. el colorante se extiende de una manera aleatoria a lo largo tanto de la dirección radial y axial. En esta etapa.sección transversal dada.3. . forma parabólica. 2. El flujo de línea recta observó a caudales bajos se llama flujo laminar. A velocidades de flujo bajas. Observaremos más adelante en la Sección 2.13. y el flujo errático obtenida a caudales más altos se llama flujo turbulento. el colorante comienza a desdibujarse a cierta distancia del punto de inyección.14) se utiliza.2 Número de Reynolds Podemos realizar un experimento simple de visualizar las características de flujo de un líquido por cuidadosamente inyectar un colorante en el líquido que fluye en una tubería.4 que la distribución de la velocidad de un flujo completamente desarrollado en una tubería es. el colorante se vuelve borrosa inmediatamente después de la inyección. se desplaza el medio de una manera en línea recta en la dirección axial. Como la velocidad de flujo aumenta en algún nivel intermedio. con caudales intermedios. Las características de flujo para el flujo laminar se ven influidos por las propiedades de líquidos. y la velocidad media del fluido. En su lugar. son una función de la viscosidad de líquidos dad. las fuerzas de impulso o aumentar la inercia. en las que las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante sobre la disipación de energía. D. o alto. se define como la relación de la inercia de las fuerzas de la viscosidad: Un número de Reynolds es más útil en describir cuantitativamente las características de flujo de un fluido que fluye. Un número adimensional. Mientras el número de Reynolds es 2100 o menos. ya sea en un tubo o en las superficies de los objetos de diferentes formas. De la ecuación (2. por otro lado. . 1 las fuerzas de inercia son una función de la densidad del líquido. u. las características de flujo laminar son o línea de corriente. Como la tasa de flujo de masa se incrementa. el diámetro del tubo. Como estas fuerzas opuestas alcanzar un cierto equilibrio. Ya no tenemos que limitarnos a las descripciones cualitativas del flujo tales como intermedio bajo. velocidad de flujo.18). El número de Reynolds proporciona una penetración en la disipación de energía causada por efectos viscosos. o el flujo es en una región laminar. Un número de Reynolds entre 2100 y 4000 significa un flujo transitorio. y las dimensiones de líquido-sólido interfaces. se puede utilizar un número de Reynolds para identificar específicamente cómo un líquido dado se comportarían bajo condiciones de flujo seleccionados. Un número de Reynolds superior a 4000 indica un flujo turbulento que denota pequeña influencia de las fuerzas viscosas en la disipación de energía. Sobre la base de experimentos conducidos por Reynolds (1874). cambios en las características de flujo se producen. ρ. pero estas fuerzas son resistidas por la fricción o las fuerzas viscosas dentro del líquido que fluye. Las fuerzas viscosas. el número de Reynolds es pequeña. llamada un número de Reynolds. el efecto de la capa límite en el perfil de velocidad se extiende todo el camino hasta el eje central. En el punto Y.14. llamada la región de entrada. . es una función del número de Reynolds. inmediatamente a la entrada de la tubería. El perfil de velocidad de la sección transversal en Y es forma parabólica (como se derivan matemáticamente en la siguiente sección). donde las características de flujo del líquido son muy diferentes de los de la siguiente longitud de tubería. el límite (o la superficie de la pared) comienza a influir en el perfil de velocidad.14. el líquido tiene un perfil de velocidad uniforme. y el flujo de líquido en la región más allá Y es comúnmente referido como flujo completamente desarrollado.3. Como se muestra en la Figura 2. Por lo tanto. Le / D. De X a Y. la región es llamada la región de entrada. La velocidad del líquido es cero en la pared y aumenta hacia el eje central de la tubería.2. se ha demostrado que la longitud de entrada sin dimensiones. A medida que comienza a moverse en la tubería. la capa límite se desarrolla a partir de localización X a Y. identificado por la misma longitud de las flechas en el diagrama. Utilizando el análisis dimensional. Como se muestra en la Figura 2. el líquido junto a la pared interior de la tubería está frenado por la fricción entre el líquido y la superficie de la pared. hay una cierta longitud inicial del tubo. en la región de entrada.3 Entrada Región y flujo completamente desarrollado Cuando un líquido entra en una tubería.