Aspectos fundamentales en el transporte de sedimentos (Parte 3)

Clasificación de los flujos.

El movimiento de los fluidos puede clasificarse de muchas maneras, según diferentes criterios y según sus diferentes características, este puede ser:

Flujo turbulento

Este tipo de flujo es el que mas se presenta en la practica de ingeniería. En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.

En este tipo de flujo, las partículas del fluido pueden tener tamaños que van desde muy pequeñas, del orden de unos cuantos millares de moléculas, hasta las muy grandes, del orden de millares de pies cúbicos en un gran remolino dentro de un río o en una ráfaga de viento.

Cuando se compara un flujo turbulento con uno que no lo es, en igualdad de condiciones, se puede encontrar que en la turbulencia se desarrollan mayores esfuerzos cortantes en los fluidos, al igual que las pérdidas de energía mecánica, que a su vez varían con la primera potencia de la velocidad.

Representación del flujo turbulento en ensayo de laboratorio.

Flujo laminar

Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de laminas o capas mas o menos paralelas entre si, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas.

Representación del flujo laminar en ensayo de laboratorio.

Implicación del flujo laminar y turbulento en las estructuras sedimentarias.

En la sedimentología, y mas específicamente en la formación de estructuras sedimentarias, la energía del fluido por el cual se transportan los sedimentos es una variable fundamental en el ciclo sedimentario, porque no existen estructuras sedimentarias si no hay un fluido que transporte las partículas que posteriormente se juntarán. ¿Pero cual es la diferencia entre un fluido cuya energía es alta (llámese flujo turbulento), y una baja (flujo laminar), tendríamos que irnos desde lo mas básico, sabemos que hay estructuras que se forman siguiendo ciertos parámetros, donde tenemos la energía del fluido, es decir, habrá estructuras que se formaran producto (en parte) de fluidos turbulentos, y otros cuyo origen es producto (también en parte, porque el ciclo sedimentario no es solo transporte, también hay otros factores) de fluidos laminares o de baja energía. Esto sucede porque el ordenamiento interno de las partículas depende de la energía.

Numero de Reynolds

Parámetro adimensional para caracterizar e identificar los

diferentes tipos de flujo (O. Reynolds, 1883).

Re pequeños (<500) son laminares

Re altos (>2000) son turbulentos, al incrementar velocidad los flujos tienden a ser turbulentos

Experimento de Reynolds

Número de Froude

El número de Froude es un adimensional importante en la Física Hidráulica, permitiendo el establecimiento de diferentes interpretaciones.

La condición crítica de escorrentía corresponde al límite entre los regímenes fluvial y torrencial. De esta forma siempre que ocurren cambios en el régimen de escorrentía, la profundidad debe pasar por su valor crítico.

F< 1 caracteriza un flujo tranquilo, en el cual las formas de lecho del régimen bajo son estables.

F > 1 caracteriza un flujo rápido, en el cual las formas de lecho del régimen alto son estables.

F ∼ 1 condiciones transicionales entre flujo tranquilo y flujo rápido   

F =  V/(g*h)^1/2

donde

V= velocidad de flujo 

g= aceleración de la gravedad 

h= profundidad del flujo 

La interacción de un fluido en movimiento con un lecho cubierto por sedimentos sueltos produce un patrón ordenado de rasgos que se denominan FORMAS DE LECHO (óndulas, antidunas, etc.). El número de Froude (F) es un factor bastante útil y simple para determinar las condiciones hidrodinámicas de un flujo

William Froude, ingeniero hidráulico y arquitecto naval.

Implicación de ambos números adimensionales en las estructuras geológicas.

Es evidente que estos números adimensionales influyen directamente en la estructura sedimentaria que se formara al final, al ser estos indicadores de energía de un fluido, en sedimentología podríamos tener una idea de que se podría formar en una zona determinada, en la imagen que tenemos abajo podemos apreciar algunas de las estructuras que se podrían generar tomando en cuenta en este caso el numero de froude, allí podemos apreciar que efectivamente con un numero de froude mayor a 1 tenemos flujos de alto régimen, que por lo consiguiente son de alta energía, formando así estructuras sedimentarias que solo se generan cuando existe un fluido cuya energía sea lo suficientemente alta como para provocar así un ordenamiento interno en particular, igual sucede con los fluidos de bajo régimen.

Tomado de:

fse.materias.gl.fcen.uba.ar

redes-cepalcala.org

http://fluidos.eia.edu.co

http://usuarios.geofisica.unam.mx - por Prof. Cecilia I. Caballero

http://usuarios.geofisica.unam.mx/cecilia/cursos/34b-EstructurasSedim.pdf

http://usuarios.geofisica.unam.mx/cecilia/CT-SeEs/13ProcTransporte.pdf

http://fisica.laguia2000.com