Regiones de flujo viscosas en comparación con las no-viscosas
No existe fluido con viscosidad cero y, en consecuencia, en todos los flujos de fluidos intervienen los efectos viscosos en cierto grado. Los flujos en donde los efectos de la fricción son significativos se llaman flujos viscosos. Pero, en muchos flujos de interés práctico, se tienen regiones (por lo general regiones que no están cercanas a superficies sólidas) en donde las fuerzas viscosas son despreciablemente pequeñas en comparación con las fuerzas de inercia o de presión. Despreciar los términos viscosos en esas regiones de flujos no-viscosos simplifica mucho el análisis, sin pérdida considerable en la exactitud.
A continuación se muestra un ejemplo para observar el comportamiento de ambas regiones del fluido: Se coloca una placa paralela a un flujo de fluido, el fluido se pega a la placa en ambos lados debido a la condición de no-deslizamiento y la delgada capa límite en la cual los efectos viscosos son significativos, cercana a la superficie de la placa es la región de flujo viscoso. La región de flujo en ambos lados, lejana a la placa y que no es afectada por la presencia de ésta es la región de flujo no-viscoso.
Flujo interno en comparación con el externo
Un flujo de un fluido se clasifica como interno o externo, dependiendo de si a ese fluido se le obliga a fluir en un canal confinado o sobre una superficie. El flujo de un fluido no limitado sobre una superficie, como una placa, un alambre o un tubo, es flujo externo. El flujo en un tubo o ducto es flujo interno si el fluido queda por completo limitado por las superficies sólidas. Por ejemplo, el flujo de agua en un tubo es flujo interno y el flujo de aire sobre una pelota o alrededor de un tubo expuesto durante un día de viento constante es flujo externo.
Los flujos internos están dominados por la influencia de la viscosidad en todo el campo de flujo. En los flujos externos, los efectos viscosos quedan limitados a la capa límite cercana a las superficies sólidas y a las regiones de la estela corriente abajo de los cuerpos.
ejemplo de flujo externo
Flujo compresible en comparación con el incompresible
Un flujo se clasifica como compresible o incompresible, dependiendo del nivel de variación de la densidad del fluido en ese flujo. La incompresibilidad es una aproximación y se dice que el flujo es incompresible si la densidad permanece aproximadamente constante a lo largo de todo el flujo. Por lo tanto, el volumen de todas las porciones del fluido permanece inalterado sobre el curso de su movimiento cuando el flujo se modela como incompresible.
En esencia, las densidades de los líquidos son constantes y, así, el flujo de ellos es típicamente incompresible. Por lo tanto, se suele decir que los líquidos son sustancias incompresibles. Por otra parte, los gases son altamente compresibles. Por ejemplo, un cambio de presión de sólo 0.01 atm causa un cambio de 1 por ciento en la densidad del aire atmosférico.
Los pequeños cambios en la densidad de los líquidos correspondientes a cambios grandes en la presión todavía pueden tener consecuencias importantes. Por ejemplo, el irritante “golpe de ariete” en un tubo de agua es causado por las vibraciones del tubo generadas por la reflexión de ondas de presión que se presentan después del cierre repentino de las válvulas.
Flujo laminar en comparación con el turbulento
El movimiento intensamente ordenado de un fluido, caracterizado por capas no-alteradas de éste se conoce como laminar. La palabra laminar proviene del movimiento de partículas juntas adyacentes del fluido, en “láminas”. El movimiento intensamente desordenado de un fluido, que es común se presente a velocidades altas y se caracteriza por fluctuaciones en la velocidad, se llama turbulento. El régimen de flujo influye significativamente en la potencia requerida para el bombeo. Un flujo que se alterna entre laminar y turbulento se conoce como de transición.
Flujo laminar, de transición y turbulento respectivamente.
Flujo natural (o no forzado) en comparación con el forzado
Se dice que el flujo de un fluido es natural o forzado, dependiendo de cómo se inicia el movimiento de ese fluido. En el flujo forzado, un fluido se obliga a fluir sobre una superficie o en un tubo por medio de medios externos, como una bomba o un ventilador. En los flujos naturales, cualquier movimiento del fluido se debe a medios naturales, como el efecto de flotación, el cual se manifiesta como la elevación del fluido más caliente (y por consiguiente, más ligero) y la caída del fluido más frío (y por lo tanto, el más denso).
Flujo estacionario en comparacion con el no estacionario
El término estacionario implica que no hay cambio de las propiedades, velocidad, temperatura, etc., en un punto con el tiempo. Lo opuesto a estacionario es no-estacionario. Durante el flujo estacionario, las propiedades del fluido pueden cambiar de punto a punto dentro de un equipo, pero en cualquier punto fijo permanecen constantes. Por lo tanto, el volumen, la masa y la energía total de un equipo de flujo estacionario o sección de flujo permanecen constantes en la operación estacionaria.
Las condiciones de flujo estacionario pueden lograr aproximarse en equipos cuyo propósito es la operación continua, como las turbinas, las bombas, las calderas, los condensadores y los intercambiadores de calor de las plantas generadoras de energía o de los sistemas de refrigeración. Algunos equipos cíclicos, como los motores o compresores reciprocantes, no satisfacen las condiciones del flujo estacionario, ya que el flujo en las entradas y salidas es pulsante y no-estacionario.
Flujo unidimensional, bidimensional y tridimensional
Un campo de flujo se caracteriza mejor mediante la distribución de velocidad y, por consiguiente, se dice que un flujo es unidimensional, bidimensional o tridimensional si la velocidad del flujo varía en una, dos o tres dimensiones, respectivamente. Un flujo típico de un fluido comprende una configuración geométrica tridimensional y la velocidad puede variar en las tres dimensiones, y dar lugar al flujo tridimensional [V→( x, y, z) en coordenadas rectangulares, o V→( r, u, z) en coordenadas cilíndricas]. Un flujo se puede tomar aproximadamente como bidimensional cuando una de sus dimensiones es mucho más grande que las otras y el flujo no cambia de manera apreciable a lo largo de la dimensión de mayor longitud.
Considérese el flujo estacionario de un fluido por un tubo circular sujeto a un tanque grande. La velocidad del fluido en todos los puntos sobre la superficie del tubo es cero, debido a la condición de no-deslizamiento, y el flujo es bidimensional en la región de entrada de ese tubo dado que la velocidad cambia tanto en la dirección r como en la z. El perfil de velocidad se desarrolla plenamente y permanece inalterado más allá de cierta distancia de la entrada y se dice que, en esta región, se encuentra totalmente desarrollado. El flujo totalmente desarrollado en un tubo circular es unidimensional ya que la velocidad varía en la dirección radial, pero no en las direcciones angular u o axial z.
Flujo uniforme contra flujo no uniforme
El flujo uniforme implica que todas las propiedades del fluido, como velocidad, presión, temperatura, etcétera, no varían con la posición. Por ejemplo, una sección de prueba en un túnel de viento está diseñada de manera que el flujo de aire sea lo más uniforme posible. Sin embargo, incluso entonces el flujo no permanece uniforme a medida que nos acercamos a las paredes del túnel de viento, debido a la condición de no deslizamiento y a la presencia de una capa límite, como se mencionó anteriormente.