Hidráulica



Cuando un cuerpo sólido se mueve en el seno de un fluido, se originan una serie de fuerzas sobre dicho cuerpo. El origen de esas fuerzas se debe a la viscosidad del fluido y a la resultante de las fuerzas debidas a las presiones normales a la superficie exterior del cuerpo sólido.
Por el principio de acción y reacción, el cuerpo ejerce sobre el fluido una fuerza igual y de sentidocontrario a la que el fluido ejerce sobre el sólido. Es decir, el fenómeno de resistencia que un sólido experimenta al moverse en un fluido es, fundamentalmente, igual al de la resistencia que un fluido experimental al moverse en el interior de un sólido (como una tubería).

Fenómenos de la ingeniería sometidos a las mismas leyes:
a) Pérdidas de energía o pérdidas de carga en conducciones cerradasb) Flujo en conducciones abiertas o canales
c) Arrastre de un avión o vehículo terrestre
d) Navegación submarina
“a” y “b”. Ingeniería hidráulica, “c”. Aeronáutica, “d”. Ingeniería naval






RESISTENCIA DE SUPERFICIE

La teoría de capa límite ideada al comienzo del pasado siglo por Prandtl revolucionó la aeronáutica y toda la Mecánica de Fluidos, hasta el punto de que se consideraa Prandtl como el fundador de la Mecánica de Fluidos moderna.
Esta teoría tiene una especial aplicación en fluidos poco viscosos, como el aire y el agua, y por tanto es una teoría fundamental en la aeronáutica y en la ingeniería naval.
En un cuerpo sólido sumergido en una corriente fluida, por ejemplo, el ala de un avión en una corriente de aire, se puede estudiar la distribución develocidades a lo largo de una normal a la superficie en un punto. Si se utiliza un instrumento de medida de velocidad cerca de ese punto, se obtendrá un valor de velocidad a nivel “macroscópico”. Sin embargo, se sabe que a causa de la viscosidad, la velocidad en cualquier punto de la superficie del sólido es 0.
Si se analizar de forma “microscópica” la velocidad, se puede obtener una de las siguientesdistribuciones de velocidad en un espesor muy pequeño (capa límite).



Si el fluido fuera ideal, la teoría de la hidrodinámica proporcionaría una distribución de velocidades como la de la curva “a”.
Si los efectos de la viscosidad son muy apreciables (número de Reynolds bajo), la distribución de velocidades es parabólica y se representa por la curva “b”.

Si los efectos de la viscosidad sonmuy poco apreciables (números de Reynolds altos), la distribución de la velocidad es logarítmica y se representa por la curva “d”.

Para un régimen intermedio (Reynolds en zona crítica), el perfil de velocidades sería un caso intermedio entre las curvas “b” y “d” (Curva “c”).

La curva “d” sólo se diferencia de la curva “a” en una zona muy pequeña en la normal al contorno en un puntocualquiera. Esa zona se denomina capa límite.

Tiene un espesor muy pequeño, del orden de micras o milímetros según los casos.

En ella tienen gran importancia los efectos de la viscosidad y el rozamiento, a pesar de que la viscosidad sea baja, ya que los gradientes de velocidad son muy elevados.

Fuera de esa zona un fluido poco viscoso (como el agua o aire) se comporta como un fluido ideal.Fuera de la capa límite, se pueden aplicar todos los métodos matemáticas (ecuaciones de Euler o de Navier-Stokes) para caracterizar el campo de velocidades y presiones en las inmediaciones de las paredes sólidas.
RESISTENCIA HIDRODINÁMICA.

La fuerza de resistencia hidrodinámica presenta una componente de resistencia al rozamiento, muy intensa en el caso de los líquidos y que genera accionestangenciales sobre el cuerpo en movimiento. Por otro lado, aparecen las fuerzas de presión que presentan diferentes zonas del líquido para dejar paso al sólido en su seno.
Comportamiento de la fuerza de resistencia hidrodinámica en función de la velocidad relativa del movimiento del sólido en el interior del líquido.



Este tipo de flujos son poco comunes y ocurren cuando el vector velocidad...