Fluidos

Capítulo 4

Fluidos
4.1. Introducción
A grandes rasgos y desde un punto de vista puramente mecánico, un fluido es una substancia que se deforma continuamente cuando se somete a un esfuerzo cortante o tangencial. En general, al hablar de fluidos se engloban a líquidos y a gases indistintamente. No obstante habrá que distinguirlos en función del fenómeno a tratar, así en el estudio de ondassonoras se consideran fluidos en general mientras que en el estudio de ondas superficiales solo se consideran líquidos. Lo primero que hay que hacer antes de obtener modelos matemáticos del comportamiento dinámico de los distintos fluidos es clasificarlos, esto es, con que magnitudes o parámetros se definen más generalmente a los fluidos. La primera clasificación, la más intuitiva, sería en función de sudensidad; los líquidos más espesos como la miel se moverán más lentamente que los fluidos como el aire o el agua. Sin embargo la densidad en la mayoría de las ocasiones es un dato irrelevante. Por ejemplo, el flujo del aire como el del agua por la misma tubería son idénticos si la velocidad es la misma; la densidad es proporcional a la masa, y esta a su vez a la fuerza. Asímismo el flujo del airealrededor del ala de un aeroplano es muy similar al flujo del agua alrededor de las aletas de un submarino. En ninguno de estos casos la densidad afecta a la configuración del flujo, no así la compresibilidad, donde en el último caso expuesto sí afecta a la resultante de fuerzas en la superficie; la tensión es mayor en el agua que en el aire. Otra magnitud propia de los fluidos en función de la cual pudieraobtenerse una clasificación es la viscosidad 1 . Pero también en esta ocasión el papel desempeñado por la viscosidad es igualmente difícil de evaluar en cada caso. Por ejemplo, cuando el agua corre por una cañería estrecha, la viscosidad es más que relevante, pero cuando corre por el estrecho de Gibraltar su efecto resulta despreciable. Sin embargo, en la imensa mayoría de las problemas de interésserá un factor muy a tener en cuenta, razon por la cual los fluidos se clasifiquen esencialmente en ideales y reales, en los primeros habrá ausencia de viscosidad a diferencia de los segundos. Si la viscosidad y la compresibilidad son dos magnitudes que permiten distiguir algunos de los comportamientos dinámicos los fluidos, las propiedades verdaderamente importantes de los fluidos se obtienen delestudio de la velocidad y la presión. Se define la presión hidrostática p, como la tensión normal sobre cualquier plano en el interior de un fluido en reposo. Al hablar de la velocidad en los fluidos se entenderá como del ritmo de variación de la posición de cualquier elemento material del mismo. Obviamente en un fluido en movimiento es virtualmente imposible identificar y seguir el rastro de varios deestos elementos materiales. Luego no queda más remedio que estudiar lo que sucede en un punto del espacio a lo largo del tiempo para
1 Denominamos

viscosidad a la facilidad con la que un fluido cede ante el esfuerzo cortante.

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CAPÍTULO 4. FLUIDOS

obtener alguna información de utilidad 2 , de manera que las propiedades de un elemento de fluido dependerán de su la localización en elespacio y en el tiempo. Con la velocidad no sólo se especifican las características del fluido sino cómo éste cambia, cuál es su cantidad de movimiento, y vislumbrar tambien por ejemplo, los efectos que la viscosidad provoca en un fluido en movimiento. Por otra parte, como un fluido es un continuo, se pueden especificar sus carcterísticas unicamente por medio de funciones matemáticas que expresen lavelocidad y las propiedades del fluido para todas las partículas en todo momento. Dicha representación se denomina representación de campo y las variables independientes como la velocidad o la presión se conocen cómo variables de campo. La región de interés del fluido, el agua en la tubería o el aire alrededor del avión, se denomina campo de flujo. Luego será necesario introducir los conceptos de...