El comportamiento de los fluidos es importante en muchas de las operaciones unitarias ambientales, la comprensión que se tenga de ellos es esencial para explicar el movimiento de estos a través de tuberías, bombas, compresores y otros equipos de proceso. El conocer los mecanismos del flujo de fluidos, también ayuda a entender el fenómeno de transferencia de calor y su aplicación a algunas operaciones unitarias como la destilación, la extracción y la absorción entre otras.
Se considera un fluido como una sustancia que cambia su forma continuamente siempre que esté sometida a un esfuerzo constante sin importar que tan pequeño sea. Su característica principal es que no presentan resistencia a la distorsión.
| ¿Cómo un fluido adopta la forma del recipiente que lo contiene? |
Por medio del deslizamiento de las moléculas de una capa de fluido sobre otra se va configurando la nueva forma. La velocidad de cambio de forma depende de la viscosidad del fluido, es decir de la resistencia que el fluido tenga al corte entre sus capas.
Una forma de conocer la viscosidad de un fluido es midiendo el tiempo en el cual una cantidad determinada de fluido se rompe.
En la figura puedes observar que si dejas caer por gravedad una cantidad de líquido se formara un hilo mientras cae, pero llega un momento en el que este se rompe, presentando el fenómeno que se observa en la imagen. El tiempo que transcurre desde que comienza a caer hasta que se corte se conoce como viscosidad de copa.
Otra consideración importante con respecto a los fluidos es que, con una presión y temperatura dadas, el fluido presenta una densidad definida (masa contenida en un volumen). La densidad es una propiedad muy importante puesto que a partir de ella se realiza una clasificación de los fluidos. Está clasificación se presenta en el siguiente cuadro:
Ilustración 1. Fluidos.
El cuadro también muestra que los fluidos se clasifican en dos grandes ramas: incomprensibles y comprensibles. Clasificación que está determinada por las propiedades de las moléculas de una sustancia.
Para el estudio de los fluidos se utiliza la mecánica de fluidos que es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos, para su estudio se divide en dos ramas que son la estática de fluidos y la dinámica de fluidos.
Las operaciones unitarias requieren de un estudio riguroso de la dinámica de fluidos pues en los procesos de separación siempre existen fluidos en movimiento y el control que se tenga de ellos es de gran importancia para realizar la transferencia de masa. En algunos casos se necesita que el desplazamiento del líquido sea casi imperceptible para no originar mezcla de sustancias y poderlas separar fácilmente, pero otras veces se requerirá que se formen remolinos mientras se desplazan las sustancias para que se mezclen perfectamente y puedan efectuar reacciones químicas.
Los fundamentos básicos para determinar el tipo de flujo los puedes observar en las siguientes imágenes:
Ilustración 2. Fluidos en movimiento.
Ilustración 3. Flujo turbulento.
Ilustración 4. Número de Reynolds.
En el esquema observaste el flujo laminar, movimiento que tiene un fluido cuando su desplazamiento ocurre cuando las moléculas de la superficie del fluido se deslizan sobre las moléculas de la capa inmediata inferior del fluido. Un ejemplo de este movimiento, lo ves cuando llenas un vaso hasta el borde y empieza a derramarse el líquido lentamente.
El otro tipo de movimiento de flujo denominado turbulento ocurre cuando la corriente del líquido forma remolinos debido al movimiento desordenado de las moléculas del fluido. La representación de los dos tipos de flujo se puede ver en la siguiente figura.
Ilustración 5. Flujo laminar y turbulento.
El número de Reynolds es un indicador que se utiliza para determinar si el flujo de un fluido ocurre de forma laminar o turbulenta, depende del diámetro de la tubería que conduce al fluido, de la velocidad líquida de las viscosidades y de la densidad. Si el número de Reynolds es mayor a 4000 el flujo se considera turbulento y si es inferior a 2100 se considera como flujo laminar.
Ahora bien, revisaras que los equipos utilizados para la transferencia de fluidos son de gran importancia para las operaciones unitarias ambientales ya que son los impulsores y conductos por los que circulan las substancias que se van a separar o a mezclar; se puede hacer una analogía con el sistema circulatorio humano, por ejemplo: sin el corazón, la sangre no podría circular por las venas y esto ocasionaría que los nutrientes no llegaran al cuerpo y que se oxigene la sangre. Este proceso es un conjunto de operaciones unitarias, el corazón es similar a los equipos de bombeo, las venas son la tubería y las válvulas del corazón son semejantes con las válvulas en las tuberías, las cuales ayudan a regular la presión y la cantidad de líquido que circula a través de ellas.
Con este tema finaliza el estudio del calor, la masa y los fluidos con relación al equipo que se utiliza para todo un sistema de purificación de sustancias en el cual intervienen los principios fundamentales de las operaciones unitarias ambientales con la utilidad de modificar el amiente para generar mejores condiciones de vida.
