Movimiento de sólidos en Fluidos: Sedimentación. Física Ambiental. Tema 8.

Tema8. FA (prof. RAMOS)

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Tema 8.- Movimiento de sólidos en Fluidos: Sedimentación. • • • •

Movimientos de objetos en fluidos reales. Resistencia hidrodinámica. Fuerzas de resistencia hidrodinámica y sustentación. Resistencia en una esfera para régimen laminar: Ley de Stokes. • Movimiento de una esfera en régimen turbulento: velocidad límite. • Aplicaciones: sedimentación, centrifugación.

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Movimientos de objetos en fluidos reales. Al desplazarse un sólido en el interior de un fluido aparece una fuerza resultante llamada de resistencia hidrodinámica, que tiene dos componentes una anti-paralela al movimiento, debida a las fuerzas viscosas (resistencia) y otra perpendicular al flujo denominada fuerza de sustentación. Las dos componentes son función de la velocidad relativa del sólido/fluido de la superficie proyectada en la dirección al movimiento, Ap y perpendicular a él, Ar, y de las características físicas del fluido.

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Resistencia hidrodinámica. La fuerza de resistencia hidrodinámica presenta una componente de resistencia al rozamiento, muy intensa en el caso de los líquidos y que genera acciones tangenciales sobre el cuerpo en movimiento. Por otro lado, aparecen las fuerzas de presión que presentan diferentes zonas del líquido para dejar paso al sólido en su seno. Comportamiento de la fuerza de resistencia hidrodinámica en función de la velocidad relativa del movimiento del sólido en el interior del líquido.

Para velocidades pequeñas:

R∝v Para velocidades grandes:

R ∝ v2 Tema8. FA (prof. RAMOS)

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Fuerzas de resistencia hidrodinámica y sustentación. Componente de resistencia.- Fuerza paralela al flujo del fluido, debida a las fuerzas disipativas y tangenciales de fricción viscosa. Es función del tipo de flujo, laminar o turbulento, de las características físicas del fluido, de la velocidad del sólido respecto del fluido y del área de sección transversal es perpendicular a la dirección de movimiento, AR. Término predominante en líquidos. CR es el coeficiente de resistencia hidrodinámica.

R = CR ρ

v2 AR 2

Fuerza de sustentación.- componente perpendicular al flujo. Es función del tipo de flujo, laminar o turbulento, de las características físicas del fluido, de la velocidad del sólido respecto del fluido y del área de sección transversal paralela a la dirección de movimiento, AP.

v2 P = C P ρ AP 2

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Resistencia en una esfera para régimen laminar. En régimen laminar la Re>>g (ar≅105 g), y además puede variarse. Al ser tan elevado el valor de ar, se aprecian movimientos con velocidad límite considerable para partículas con radios muy pequeños, del orden del diámetro molecular. Procesamiento empleado para determinar las masas moleculares o realizar separación molecular entre moléculas de diferente diámetro.

vSe dim entación Tema8. FA (prof. RAMOS)

2 r 2 (δ − ρ )ar = 9 η 13

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