Cinematica
La cinemática estudia los conceptos requeridos para la mejor comprensión del movimiento de los fluidos.
Sus resultados se aplican en el cálculo y diseño de obras, accesorios y controles para el manejo de fluidos.
OBJETIVO DEL ESTUDIO DE LA CINEMÁTICA
Clasificar un flujo según su comportamiento cinemático
Aplicar los métodos de descripción del movimiento de fluidos
Utilizar las líneasde corriente, de trayectoria y de traza para describir un flujo
Obtener las líneas de corriente a partir de un campo de velocidades
Calcular el campo de aceleración de un flujo y distinguir sus componentes
Calcular el campo de rotación de un flujo e identificar sus consecuencias
Distinguir las propiedades intensivas y extensivas entre sí
Clasificar una ley como básica o secundaria e interpretarlaen distintos casos de flujo
Aplicar la ecuación de transporte a las propiedades de interés del flujo
Aplicar la relación entre caudal, velocidad media, sección de flujo y distribución de velocidades
Aplicar el principio de conservación de la masa en diferentes circunstancias de flujo
CONCEPTOS BÁSICOS
Cinemática
La cinemática de los fluidos se ocupa de la descripción del movimiento de laspartículas fluidas, sin preocuparse por las fuerzas que causan dicho movimiento. Así que los asuntos tratados se refieren a la posición de las partículas, a su velocidad, al cambio de velocidad y a las variables asociadas directamente con la descripción del movimiento.
Magnitudes
Conviene recordar los tipos de magnitudes que ocurren en la física de los fluidos: magnitudes numéricas (#), escalares (E),vectoriales (V) y tensoriales (T). Todas ellas serán útiles y necesarias para describir el movimiento de los fluidos. Ejemplo de cada tipo de magnitud: el coeficiente 2, la temperatura 25°C, la velocidad 60 km/h hacia el norte y la matriz de esfuerzos, respectivamente.
Campo
Un campo está constituido por una distribución continua de magnitudes #, E, V o T; definidas mediante funciones continuas delas coordenadas espacio-tiempo (x, y, z, t).
El concepto de campo se requiere en el estudio del continuo para evitar identificar cada partícula fluida por un nombre, como se procede cuando se identifica con un subíndice (la partícula Pn). A cambio de ese nombre se identificará la partícula fluida por la posición que ocupa en el espacio y el instante en el cual se describe la partícula. Esta formade referirse a una partícula exige la adopción de un sistema de coordenadas espaciales adecuado, acompañado de un sistema de medición del tiempo.
Los sistemas de coordenadas usuales son el cartesiano, el cilíndrico y el de línea. Para medir el tiempo se usa el sistema sexagesimal.
Cuando se describe un campo, lo que se describe es el valor de la magnitud de interés para la partícula que ocupa undeterminado sitio en el espacio, en un instante dado. A esa posición se le otorgan coordenadas espacio-tiempo.
Flujo
Movimiento de las partículas del medio fluido continuo.
Región de flujo
Aquella donde ocurre el flujo
Campo de velocidades
Este es un campo vectorial de posición y tiempo. La naturaleza vectorial de este campo indica que en cada punto del espacio (x, y, z) y en cada instante (t)se tiene asociado un valor para la velocidad de la partícula que ocupa ese sitio en ese momento.
Y la velocidad es una magnitud vectorial, de manera que la función debe ser capaz de indicar la rapidez del movimiento y su orientación en el espacio, y además debe ser capaz de dar las componentes de la velocidad a lo largo de cualquier dirección en el espacio, por ejemplo a lo largo de los ejescoordenados, es decir las componentes del vector velocidad en ese sitio en ese instante. Lo cual a su vez se puede escribir así:
TIPOS DE ANÁLISIS
Para describir el campo de velocidades de una región de flujo se puede recurrir a dos enfoques:
Descripción según Euler
Se selecciona un punto en el espacio ( y se describe el movimiento de la partícula que lo ocupa en los diferentes instantes (t)....
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