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Inestabilidad
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En un flujo compite la inercia, que hace que las masas se desplacen sin el efecto de las masas circundantes, y la viscosidad, que hace que las masas arrastren las masas circundantes.
Si la viscosidad es grande domina la correlación entre las masas y la conformación de un flujo laminar. Si la viscosidad es baja domina la inercia y las masas se mueven sin coordinar con las áreas circundantes llevando a que zonas incluso formen unidades que pueden entrar en rotación y se muevan en forma independientes que corresponden a los torbellinos.
ID:(878, 0)
Diferentes viscosidades
Definición
La viscosidad ejerce un efecto fundamental en el comportamiento de un fluido, como se puede apreciar en los siguientes tres ejemplos:
ID:(7068, 0)
Turbulencias generadas por un Cigarrillo
Imagen
Un cigarrillo presenta un extremo incandescente que calienta el aire en su entorno. Además, el humo expulsado permite visualizar el movimiento del aire. El calentamiento provoca una expansión del aire, lo que resulta en una reducción de la densidad y, por lo tanto, genera una fuerza de sustentación. Es por eso que el humo comienza a ascender de manera laminar, lo que crea las líneas características que se observan.
Durante este proceso, el gas comienza a enfriarse, pierde sustentación y algunas zonas comienzan a ascender más lentamente, obstruyendo el flujo ascendente del aire. Esta obstrucción provoca la formación de turbulencias y las mismas zonas que ascienden más lentamente comienzan a girar, formando parte de los remolinos que se observan en esa área.
ID:(1654, 0)
Inestabilidad
Descripción
En un flujo compite la inercia, que hace que las masas se desplacen sin el efecto de las masas circundantes, y la viscosidad, que hace que las masas arrastren las masas circundantes. Si la viscosidad es grande domina la correlación entre las masas y la conformación de un flujo laminar. Si la viscosidad es baja domina la inercia y las masas se mueven sin coordinar con las áreas circundantes llevando a que zonas incluso formen unidades que pueden entrar en rotación y se muevan en forma independientes que corresponden a los torbellinos.
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Ecuaciones
Ejemplos
La viscosidad ejerce un efecto fundamental en el comportamiento de un fluido, como se puede apreciar en los siguientes tres ejemplos:
(ID 7068)
El criterio clave para determinar si un medio es laminar o turbulento es el llamado numero de Reynold que compara la energ a asociada a la inercia con aquella asociada a la viscosiadad. La primera depende de la densidad ($\rho$), la velocidad media del fluido ($v$) y la dimensión típica del sistema ($R$) mientras que la segunda de la viscosidad ($\eta$) con lo que se define:
| $ Re =\displaystyle\frac{ \rho R v }{ \eta }$ |
(ID 3177)
La relaci n de mezcla del vapor de agua con el aire se define como la relaci n de las masas de cada componente presentes en un volumen:
$\displaystyle\frac{M_v}{M_a}=\displaystyle\frac{n_vM_{mol,v}}{n_aM_{mol,a}}=\displaystyle\frac{p_v}{p_a}\displaystyle\frac{M_{mol,v}}{M_{mol,a}}\sim 0.01$
Donde $M_v$ y $M_a$ son las masas de vapor de agua y aire respectivamente, $n_v$ y $n_a$ son las moles de vapor de agua y aire, $M_{mol,v}$ y $M_{mol,a}$ son las masas molares de vapor de agua y aire, $p_v$ y $p_a$ son las presiones relativas de vapor de agua y aire, y $r$ es la relaci n de mezcla. Por ello se tiene que es
| $ r =\displaystyle\frac{ M_v }{ M_a }$ |
En el caso espec fico del vapor de agua en el aire, la relaci n de mezcla es proporcional a las presiones relativas, que se pueden cuantificar utilizando la presi n de vapor de agua $p_v\sim 1500 Pa$ y la presi n del aire $p_a\sim 10^5 Pa$. Al aplicar la ecuaci n de los gases y la definici n de la masa molar, se obtiene que la relaci n de mezcla es aproximadamente $0.01$. Esto significa que la cantidad de vapor de agua en comparaci n con el aire es baja en condiciones normales.
(ID 7069)
Un cigarrillo presenta un extremo incandescente que calienta el aire en su entorno. Adem s, el humo expulsado permite visualizar el movimiento del aire. El calentamiento provoca una expansi n del aire, lo que resulta en una reducci n de la densidad y, por lo tanto, genera una fuerza de sustentaci n. Es por eso que el humo comienza a ascender de manera laminar, lo que crea las l neas caracter sticas que se observan.
Durante este proceso, el gas comienza a enfriarse, pierde sustentaci n y algunas zonas comienzan a ascender m s lentamente, obstruyendo el flujo ascendente del aire. Esta obstrucci n provoca la formaci n de turbulencias y las mismas zonas que ascienden m s lentamente comienzan a girar, formando parte de los remolinos que se observan en esa rea.
(ID 1654)
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