Régimen laminar y turbulento en un fluido

Defina los conceptos de “régimen laminar” y “régimen turbulento” en un fluido (Selectividad Andalucía Septiembre 2017).

Existen dos tipos principales de flujo en los fluidos: laminar y turbulento.

Se llama flujo laminar o corriente laminar al movimiento de un fluido cuando este es ordenado, estratificado y suave.
En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse, y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave llamada línea de corriente o línea de flujo.

Flujo laminar en una tuberia

Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido cuyas partículas se mueven de forma caótica, creándose pequeños remolinos periódicos en sus trayectorias.

Flujo turbulento

El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o de viscosidades altas, mientras que los fluidos de viscosidad baja, de velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos.

Para expresar si un flujo es laminar o turbulento, se utiliza el número de Reynolds. Valores del número de Reynolds superiores a 4 000 indican flujos turbulentos.

Número de Reynolds

 

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Selectividad Andalucía 2017 – Junio – Problema B4

Una prensa hidráulica consta de dos émbolos cuyos diámetros son 8 cm y 25 cm. Sobre el émbolo de menor diámetro se aplica una carga de 100 kp.

a) Calcule el peso, expresado en N, que se puede elevar en el émbolo de mayor diámetro (1 punto).
b) Si se quiere elevar 50 cm la carga situada en el émbolo de mayor diámetro, determine el recorrido total del émbolo pequeño (1 punto).
c) ¿Cuál es la expresión del número de Reynolds? Explique para qué se calcula en una conducción hidráulica (0,5 puntos).

Solución apartado c)

 

 

Neumática e Hidráulica: diferencias

Explique en qué se diferencian la neumática y la hidráulica (Selectividad Andalucía Junio 2017).

Los sistemas hidráulicos se emplean, por lo general, en aquellas situaciones en que se requiera una fuerza elevada. Por el contrario, los sistemas neumaticos se utiliza preferentemente en la automatización de procesos.

Las diferencias entre ambas vienen marcadas por la naturaleza de los fluidos que se consideran: en el caso de la neumática, aire (muy compresible); y en el caso de la hidráulica, aceite o similares (casi incompresibles).

La neumática se puede considerar adecuada para fuerzas no superiores a las 3 Tn., aunque su ámbito preferente de utilización se extiende hasta fuerzas menores de 1,2 Tn., con desplazamientos rápidos. También se utiliza en el accionamiento de pequeños motores, como es el caso de herramientas portátiles, o de motores de alta velocidad que pueden alcanzar las 500.000 rpm. Su campo de aplicación abarca procesos de control de calidad, etiquetado, embalaje, herramientas, etc. en todo tipo de industrias.
La hidráulica es apropiada para grandes esfuerzos tanto en actuadores lineales como en motores de par elevado, y permite un control exacto de velocidad y parada. Su utilización se extiende a las industrias metalúrgicas, a las máquinas-herramientas, prensas, maquinaria de obras públicas, industria naval y aeronáutica, sistemas de transporte, etc.

El número de Reynolds en una conducción hidráulica

¿Cuál es la expresión del número de Reynolds? Explique para qué se calcula en una conducción hidráulica (Selectividad Andalucía Junio 2017).

El número de Reynolds relaciona la densidad, la viscosidad y la velocidad de un fluido. Su expresión es

donde d es la densidad del fluido, v es la velocidad del fluido, D el diámetro de la tubería a través de la cual circula y µ es la viscosidad dinámica.
En tuberías circulares los valores del número de Reynolds indican el régimen de movimiento del fluido:

  • Si Re ≤ 2100, el flujo es laminar.
  • Si 2100 ≤ Re ≤ 4000, el flujo se denomina de transición.
  • Para Re ≥ 4000, el flujo es turbulento.

Selectividad Andalucía 2017 – Junio – Problema A4

Para la apertura o cierre de una puerta se utiliza un cilindro ideal de doble efecto. Se conocen los siguientes datos: diámetro del émbolo 10 cm, diámetro del vástago 3 cm y carrera 12 cm. Este cilindro se conecta a una red de aire comprimido de 2 MPa de presión.
a) Calcule la fuerza que ejerce el vástago en la carrera de avance y en la de retorno (1 punto).
b) Calcule el consumo de aire en condiciones normales en un ciclo (1 punto).
c) Explique en qué se diferencian la neumática y la hidráulica (0,5 puntos).

Solución apartado c)

 

Eficiencia en las máquinas frigoríficas y en las bombas de calor

En las máquinas frigoríficas y en las bombas de calor no se usa el término rendimiento ¿Cuáles son los parámetros que se utilizan en su lugar? (Selectividad Andalucía Septiembre 2015).

Máquina frigorífica

Se define la eficiencia o efecto frigorífico (ε) de una máquina frigorífica como la relación entre el calor extraído del foco frío Q2 y el trabajo utilizado W:

Bomba de calor

Se define la eficiencia (ε’) o coeficiente de amplificación calorífica, de la bomba de calor como la relación entre el calor aportado al foco caliente Q1 y el trabajo utilizado, la cual siempre es mayor que la unidad:

¿En cuál de los tiempos de un motor de explosión 4T se produce trabajo?

Explicar en cuál de los dos tiempos de un motor de explosión 4T se produce trabajo (Selectividad Andalucía Junio 2015).

En un motor de explosión 4T el trabajo se produce en el tercer tiempo: explosión – expansión.

Una vez que el cilindro alcanza el PMS (Punto Muerto Superior) y la mezcla aire-combustible ha alcanzado el máximo de compresión, salta una chispa eléctrica en el electrodo de la bujía, que inflama dicha mezcla y hace que explote. La fuerza de la explosión obliga al pistón a bajar bruscamente y ese movimiento rectilíneo se transmite por medio de la biela al cigüeñal, donde se convierte en movimiento giratorio y trabajo útil.