En mecánica de fluidos , el flujo de pistón es un modelo simple del perfil de velocidad de un fluido que fluye en una tubería . En el flujo de tapón, se supone que la velocidad del fluido es constante a través de cualquier sección transversal de la tubería perpendicular al eje de la tubería. El modelo de flujo de tapón asume que no hay una capa límite adyacente a la pared interior de la tubería.
El modelo de flujo de pistón tiene muchas aplicaciones prácticas. Un ejemplo es el diseño de reactores químicos . Esencialmente, no se asume ningún retromezclado con "tapones" de fluido que pasan por el reactor. Esto da como resultado ecuaciones diferenciales que deben integrarse para encontrar la conversión del reactor y las temperaturas de salida. Otras simplificaciones utilizadas son una mezcla radial perfecta y una estructura de lecho homogénea.
Una ventaja del modelo de flujo de pistón es que ninguna parte de la solución del problema puede perpetuarse "aguas arriba". Esto permite calcular la solución exacta de la ecuación diferencial conociendo solo las condiciones iniciales. No se requiere más iteración. Cada "enchufe" se puede resolver de forma independiente siempre que se conozca el estado del enchufe anterior.
El modelo de flujo en el que el perfil de velocidad consiste en la capa límite completamente desarrollada se conoce como flujo de tubería . En el flujo de tubería laminar , el perfil de velocidad es parabólico . [1]
Determinación
Para los flujos en las tuberías, si el flujo es turbulento, la subcapa laminar causada por la pared de la tubería es tan delgada que es insignificante. Se logrará un flujo de tapón si el espesor de la subcapa es mucho menor que el diámetro de la tubería (<< D ).
dónde es el factor de fricción de Darcy (de la ecuación anterior o el gráfico de Moody ),es el espesor de la subcapa , es el diámetro de la tubería, es la densidad ,es la velocidad de fricción (no una velocidad real del fluido), es la velocidad media del tapón (en la tubería), es la cizalla en la pared, y es la pérdida de presión a lo largo de la pipa. es la rugosidad relativa de la tubería. En este régimen, la caída de presión es el resultado de un esfuerzo cortante turbulento dominado por la inercia en lugar de un esfuerzo cortante laminar dominado por la viscosidad.
Ver también
Notas
- ^ Massey, Bernard; Ward-Smith, John (1999). "6.2 Flujo laminar estable en tuberías circulares: la ley de Hagen-Poiseuille". Mecánica de fluidos (7ª ed.). Cheltenham: Thornes. ISBN 9780748740437.
- ^ Munson, Bruce R .; Young, Donald F .; Okiishi, Theodore H. (2006). "Sección 8.4". Fundamentos de la mecánica de fluidos (5ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: Wiley. ISBN 9780471675822.
- ^ Ingenieros Edge. "Caída de presión a lo largo de la tubería" . Ingenieros Edge, LLC . Consultado el 17 de abril de 2018 .