Dinamiaca En Fluidos

8: DINÁMICA DE FLUIDOS

8.1 INTRODUCCIÓN
La hidrodinámica estudia el movimiento de los líquidos y junto con la hidrostática constituyen la hidráulica. En general, el estudio del movimiento de los líquidos es muy complejo. Sin embargo, en un modelo teórico en el cual consideramos el movimiento de un fluido ideal, éste estudio es simple y es el que aquí presentamos. A pesar de serun modelo válido para fluidos ideales, en las aplicaciones prácticas existen diversas situaciones físicas en las cuales éste modelo se cumple con mucha aproximación.

8.2 FLUIDO IDEAL


Un fluido se puede considerar ideal si presenta las siguientes características:


FLUIDO INCOMPRESIBLE


La densidad del fluido es constante en el tiempo. Los líquidospresentan ésta característica.










FLUJO UNIFORME, ESTABLE O LAMINAR
La velocidad de las partículas y la presión del fluido, presenta el mismo valor al pasar por un punto determinado de la conducción (tubería, canal, ducto, etc.). Esto sucede para valores de velocidad relativamente bajos, dependiendo de la naturaleza del fluido, y en este caso las trayectorias quedescriben las partículas en su movimiento o líneas de corriente, no se cruzan entre sí, ver fig.8.1.













FLUJO NO VISCOSO


En el movimiento de un fluido real, existe una fuerza de fricción interna asociada al desplazamiento relativo entre capas adyacentes. Esto se conoce como viscosidad. Si el flujo es a través de una conducción, la fricción del fluidocon las paredes del conducto dan como resultado que las capas de fluido próximas a las paredes tengan una menor velocidad, ver fig. 8.2. Si el fluido es no viscoso, la velocidad de sus partículas es la misma sobre toda la sección transversal de la conducción.











FLUJO IRROTACIONAL


Si las partículas del fluido en su movimiento no presentan un momento angularresultante. Experimentalmente esto se verifica observando el movimiento de una rueda de paletas ubicada dentro del fluido. Si la rueda no rota, el flujo es irrotacional, ver fig.8.3.









8.3 CAUDAL O GASTO Y LA ECUACIÓN DE CONTINUIDAD


CAUDAL


Se define como caudal al volumen del fluido que pasa por la sección transversal de la conducción en la unidadde tiempo. Expresado matemáticamente:
[pic] (8.1)
Dónde, “V”, es el volumen de fluido que atraviesa la sección transversal de la conducción en el tiempo “t". El gasto se expresa en unidades de volumen por unidad de tiempo. En el S.I., en m3/s.
Se puede demostrar qué, para un fluido ideal, una relación equivalente para el caudal es:


[pic] (8.2)Donde, “A” es el área de la sección transversal y “v”, la velocidad del fluido en ese punto de la conducción.


ECUACIÓN DE CONTINUIDAD
Si el fluido es ideal, la ecuación de continuidad establece que, “cualquiera que sea la forma del conducto, el caudal es constante a lo largo de la conducción”, esto es,


G = A1 v1 = A2 v2 (8.3)
Es decir,G = A v = constante,
Una consecuencia inmediata de la ecuación de continuidad es que la velocidad del fluido es mayor en los puntos de la conducción donde la sección se reduce y es mayor en los ensanchamientos, ver fig.8.4.

















8.4 LA ECUACIÓN DE BERNOULLI


Cuando un líquido que se mueve a través de una conducción de seccióntransversal y altitud variable, varía la presión a lo largo del mismo. En 1738, El físico suizo Daniel Bernoulli (1700-1782) dedujo una expresión que relaciona la velocidad, la presión y la altitud en cada punto de la conducción.
Ésta relación se puede obtener aplicando el teorema del trabajo y la energía, el cual relaciona el trabajo neto con la variación en la energía cinética, al movimiento...