Apuntes dinamica de fluidos

Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Profesional Ticomán

APUNTES PARA LA ASIGNATURA DINÁMICA DE FLUIDOS
CONTENIDO

Tema

Pág.

Introducción

2

Definición de fluido

8

Clasificación de los fluidos

9

Propiedades físicas de los fluidos

14

Sistemas de unidades

26

Dinámica de fluidos

27

Característicasdel movimiento de los fluidos

32

Fuerzas desarrolladas por los fluidos

42

Flujo en tuberías

55

Análisis dimensional y semejanza hidráulica

75

Flujo compresible

82

Cinemática de fluidos

84

Ecuaciones integrales

87

Ecuaciones diferenciales

89

Ecuaciones de Navier-Stokes

93

Ecuaciones de Euler

95

Teorema del transporte de Reynolds

97Estática de fluidos

99

Fuerzas sobre superficies planas

100

Estabilidad y flotación

101

Resumen de cálculo vectorial

111

Prof. Javier Camacho Corona

1

Dinámica de fluidos

Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Profesional Ticomán

INTRODUCCION
Actos tan cotidianos como tomar una ducha, respirar o beber agua,requieren necesariamente la circulación
de fluidos. El estudio de la mecánica de fluidos puede ayudarnos tanto para comprender la complejidad del
medio natural, como para mejorar el mundo que hemos creado. Si bien la mecánica de fluidos esta siempre
presente en nuestra vida cotidiana, lo que nos falta conocer es como se expresa esta información en
términos cuantitativos, o la manera en que sediseñan sistemas con base en este conocimiento, mismos que
se utilizarán para otros fines.
El conocer y entender los principios básicos de la mecánica de fluidos es esencial en el análisis y diseño de
cualquier sistema en el cual el fluido es el elemento de trabajo. Hoy en día el diseño de virtualmente todos
los medios de transporte requiere la aplicación de la mecánica de fluidos. Entre estosse incluyen tanto los
aviones como maquinas terrestres, barcos, submarinos y típicamente automóviles. El diseño de de sistemas
de propulsión para vuelos especiales y cohetes esta basado en los principios de la mecánica de fluidos.
También es bastante común realizar estudios en modelo reducido para determinar las fuerzas aerodinámicas
y estudiar el flujo alrededor de edificios, puentes y otrasestructuras complejas. El diseño de turbo
maquinarias como bombas, hélices y turbinas de todo tipo requieren claramente de conocimientos de
mecánica de fluidos. La lubricación es también un área de aplicaciones importantes. Los sistemas de
calefacción y de ventilación, tanto de viviendas e industrias como de construcciones subterráneas, túneles y
otros, así como el diseño de sistemas decañerías son ejemplos en los cuales las técnicas de diseño están
basadas en la mecánica de fluidos. Incluso el sistema de circulación del cuerpo humano es un sistema fluido;
de ahí que se dé el diseño de corazones artificiales, máquinas de diálisis, ayudas respiratorias y otros
aparatos de este tipo con base en los principios de la mecánica de fluidos. Esto ha dado origen a la
aerodinámica y lahidráulica dos ramas importantes de la mecánica de fluidos.
Bosquejo histórico del estudio de los fluidos:
1612. Tratado de Galileo: “Consideraciones sobre cuerpos que permanecen en el agua”.
1643. Torricelli descubre la ley del flujo de líquidos por orificios: que relaciona la velocidad de salida de un
líquido a través de un orificio de un recipiente,
1650. Pascal descubre el principio sobre latransmisión de la presión en líquidos.
1700. Isaac Newton descubre la ley del rozamiento de líquidos en movimiento, Introdujo la noción de
viscosidad de los líquidos y sentó las bases de la teoría de la semejanza hidráulica.
1738. Bernoulli escribe el tratado “Hidrodinámica o apuntes sobre las fuerzas y el movimiento de los
líquidos”. Formuló la ley principal del movimiento de los líquidos,...