DINÁMICA DE LOS FLUIDOS Principios fundamentales La dinámica de los fluidos es simple pero en Sedimentología hay que considerar el efecto que producen los sólidos en las propiedades de la fase fluida pura. Propiedades materiales de los fluidos: • La DENSIDAD (ρ) es masa (m) por unidad de volumen: kg/m3. • Controla: los vectores del fluido, la fuerza, las presiones dinámicas y estáticas, y el peso efectivo de los fluidos y de los sólidos inmersos en o mezclados con otros fluidos. • Todas estas variables también dependen de la magnitud de la velocidad (u). • La densidad es una función de la temperatura y la presión. En la superficie terrestre la temperatura es la que más influye sobre las masas de agua y aire. Relación negativa: ρ/Tº. • Los fluidos naturales no son puros y hay que considerar los efectos de los iones disueltos, moléculas dispersas y los minerales sólidos transportados.

DINÁMICA DE LOS FLUIDOS Principios fundamentales Propiedades materiales de los fluidos: • La VISCOSIDAD molecular o viscosidad dinámica (μ): kg/m s, N s/m2 (= Pa s). • Controla: la facilidad de deformación de un fluido o la tasa de deformación para un determinado esfuerzo (de cizalla), además comenzar y mantener el movimiento entre las capas de fluido o entre las capas de fluido y sólido se requiere de un trabajo contrario a las fuerzas de resistencia.

y

μ u u y

γ

τ

DINÁMICA DE LOS FLUIDOS Principios fundamentales

La VISCOSIDAD CINEMÁTICA (v) expresa la resistencia de un fluido a ser deformado. Está derivada para cualquier fluido como: v = μ / ρ La variable es cinemática porque sólo se consideran las unidades de longitud y tiempo. Agua v = 10 Aire v = 10

-2

cm2/s

-1

cm2/s.

La viscosidad es fuertemente controlada por varios contaminantes. El punto básico a comprender es que cada superficie sólida (partícula sedimentaria) en un fluido es un potencial plano de separación que incrementa la resistencia interna a la cizalla.

DINÁMICA DE LOS FLUIDOS Principios fundamentales

La viscosidad en flujos turbulentos tiene una componente adicional que se denomina viscosidad tubillonar.

TIPOS DE FLUIDOS

Newtonianos: es un tipo de fluido con viscosidad constante, en el que las fuerzas tangenciales son directamente proporcionales al gradiente de velocidades (du/dy). • Ejemplos: aire, agua. 0

δy

δu

móvil

Fluido (viscosidad μ)

τ = μδu/δy

estacionario

• No-Newtonianos: es el fluido cuya viscosidad varía con el gradiente de tensiones que se le aplica; como resultado un fluido de este tipo no tiene viscosidad definida y constante. • Ejemplos: flujos de barro (fluido tipo plástico) con comportamiento tixotrópico (la viscosidad aparente decrece con la duración del esfuerzo aplicado).

COMPORTAMIENTO DE UN FLUIDO NATURAL

van Dyke (1982)

Número de Reynolds Re = ρUd/μ Es adimensional, con Re bajos los flujos son laminares y los flujos son turbulentos cuando se incrementa el Re. La transición entre flujos laminares y turbulentos en canales abiertos ocurre con Re de 500 a 2000.

COMPORTAMIENTO DE UN FLUIDO NATURAL

A medida que aumenta la velocidad, como ocurre en todos los medios naturales, el rozamiento con el lecho y el aire crece y la deformación interna genera una serie de remolinos, ascendentes y descendentes, que definen un flujo denominado turbulento.

A muy baja velocidad, un líquido con escaso rozamiento en el piso y techo, comienza su desplazamiento deformándose en una serie de láminas, cada una de las cuales viaja a diferente velocidad. El intercambio de materia entre láminas, es prácticamente nulo. Este tipo de flujo se denomina laminar.

Massey (1979)

LOS MATERIALES SÓLIDOS FINOS Y ULTRAFINOS TRANSPORTADOS

EFECTOS DE LA GRAVEDAD SOBRE EL FLUIDO

Vectores de presión y velocidad

van Dyke (1982)

LOS CONCEPTOS DE ROLIDO Y SALTACIÓN

 El clasto demasiado pesado es empujado por el flujo y se mueve por reptación o rolido.  El clasto liviano es afectado por la variación de presión dinámica y eventualmente puede elevarse y saltar.

REGÍMENES DE FLUJO Y RUGOSIDAD

EL PERFIL DE UNA ÓNDULA

LOS TIPOS DE ÓNDULAS Y LOS REGÍMENES DE FLUJO

LOS TIPOS COMUNES DE TRENES DE ÓNDULAS VISTOS EN PLANTA

DUNAS

FLUJOS UNIDIRECCIONALES

DUNAS

FLUJOS SINUOSOS

DUNAS

ALTA TASA DE AGRADACIÓN

TIPOS DE FLUJOS

LOS PERFILES DE VELOCIDAD Y CARGA SÓLIDA EN SUSPENSIÓN

LOS TIPOS DE CARGA EN CAUCES FLUVIALES

LOS NÚMEROS DE REYNOLDS Y FROUDE

 Ambos números de gran aplicación en Hidrodinámica, son no-dimensionales y expresan particularidades independiente del fluido.  El número de Reynolds (Re) define los efectos de la densidad y viscosidad del medio:

 Re = ρ U d / μ  El número de Froude, expresa los efectos de la gravedad sobre el fluido:

 Fr = v/√ g · d

LOS NÚMEROS DE FROUDE Y REYNOLDS Y LOS REGÍMENES DE FLUJO

LOS REGÍMENES DE FLUJO DEFINIDOS POR FORMAS DE LECHO Y LOS NÚMEROS FR Y RE.

LAS FORMAS DE LECHO MAYORES Y MENORES NÚMEROS RE Y FR.

DIAGRAMAS DE INICIO DEL MOVIMIENTO

DIAGRAMAS VELOCIDAD-TAMAÑO-FORMAS DE LECHO

DETALLES ADICIONALES

DEFORMACIÓN CIZANTE EN EL LECHO

POTENCIA DEL CANAL-TAMAÑO DE GRANO

LAS ANTIDUNAS ESQUEMA DE CRECIMIENTO Y ATENUACIÓN

DIMENSIONES DE LAS ANTIDUNAS SEGÚN LA ENERGÍA DE LA CORRIENTE

EL VIENTO

FORMAS EÓLICAS VELOCIDAD VS TAMAÑO DE GRANO

LAS FORMAS DE LECHO EÓLICAS Y EL TAMAÑO DE GRANO

EL MOVIMIENTO OSCILATORIO

El paso de una ola por la superficie del mar y su atenuación en profundidad

PARÁMETROS DEL MOVIMIENTO OSCILATORIO

ESTRATIFICACIÓN CRUZADA CURVADA O MONTUOSA

LAS FORMAS DE LECHO EN EL MOVIMIENTO OSCILATORIO