Fluidos

Dinámica de los fluidos
Nos proponemos estudiar algunos elementos de los fluidos que se desplazan, se mueven. El problema general es vasto y dificultoso, no obstante nos restringiremos a los problemas mas sencillos que requieren de supuestos simplificativos que faciliten el análisis.

Tipos de flujos
Cuando un fluido se mueve, por ejemplo dentro de una cañería o el aire de un ventilador, selo llama flujo. Existen dos tipos de flujos: el flujo laminar o estacionario y el flujo turbulento o irregular.
Imaginemos el humo de un cigarrillo. Inicialmente fluye siguiendo trayectorias paralelas para luego transformarse en un flujo turbulento, con trayectorias cruzadas y una aparente aleatoriedad en el movimiento. (1)
Definimos como flujo estacionario o laminar, a aquel fluir en el que cadapartícula de fluido sigue una trayectoria paralela y con velocidad invariable en el tiempo . En el flujo estacionario la velocidad del fluido permanece constante en el tiempo.
Flujo turbulento es un flujo irregular con regiones donde se producen cruces de las trayectorias de las partículas y torbellinos. Por ejemplo el humo de cigarrillo en la parte superior alejada del cigarro es turbulento.Existe lo que se llama velocidad crítica, que es una velocidad del flujo por encima de la cual, un flujo laminar se convierte en turbulento (foto de la derecha) (2). Otra de las razones por las que un flujo estacionario se convierte en turbulento es el rozamiento, la fricción, ya sea interna –del propio fluido entre si- o externa con las paredes del recipiente contenedor, por ejemplo, una cañería.La fricción interna, inevitable por cierto, se produce cuando capas adyacentes de fluido rozan entre si. Ese rozamiento produce una resistencia al flujo, resistencia que es llamada viscosidad, y designaremos con la letra griega “eta”, . Tal viscosidad es la causante de que parte de la energía que transporta un fluido al moverse, sea transformada en energía térmica, en forma similar a lo quesucede cuando se ponen en contacto dos superficies y generan una fuerza de rozamiento. Una analogía aceptable como para comprender qué es la viscosidad es compararla con el coeficiente de rozamiento dinámico visto en la unidad anterior.
En razón de que el movimiento de un fluido real es sumamente complejo, adoptaremos para nuestros estudios siguientes en este modulo las siguientes simplificaciones:Ecuación de Continuidad
La trayectoria seguida por una partícula de fluido estacionario se llama línea de corriente. Habíamos definido al flujo ideal como un flujo laminar por lo que las velocidad son siempre tangentes a la línea de corriente en cualquier punto y éstas no se pueden cruzar. Si se cruzaran, cualquier partícula de fluido podría seguir su viaje por cualquiera de las otras líneas yel flujo no sería estacionario. Un conjunto de líneas de corriente forma un tubo de
corriente o de flujo, las partículas de fluido se pueden mover sólo a lo largo del tubo, ya que las líneas de corriente no se cruzan.
Consideremos un fluido moviéndose dentro de un tubo de corriente, de forma tal que su
sección transversal varía (en este caso aumenta) en la dirección del flujo, como en la figura.En un intervalo en la sección más angosta del tubo de área , el fluido se mueve una Distancia (1). La masa contenida en el volumen (es recordando que de igual forma, en la otra sección de área , se obtienen expresiones equivalentes. En el mismo Δt, la masa es

Pero la masa que atraviesa la sección es igual a la que lo hace por , siempreen el mismo
intervalo de tiempo . Así
(4)
La ecuación(4) es conocida como ecuación de continuidad, representa la conservación de la masa, lo que significa que ésta no puede ser creada ni destruida, sólo es posible transformarla. Un principio de la conservación de la masa.
Para el caso particular de un fluido ideal, incompresible, es decir de densidad constante, la
ecuación de continuidad se reduce a:
(5)
Podemos presentar a la ecuación (5) de...