Fuerzas desarrolladas por los fluidos en movimiento

FUERZAS DESARROLLADAS POR LOS FLUIDOS EN MOVIMIENTO

INTRODUCCIÓN:
El conocimiento de las fuerzas ejercidas por los fluidos en movimiento es de gran importancia en el análisis y diseño de dispositivos tales como bombas, turbinas, aviones, cohetes, hélices, barcos, cuerpos en movimientos, edificios y multitud de dispositivos hidráulicos. Las ecuaciones fundamentales de la energía no sonsuficientes para resolver la mayoría de estos problemas. Es más decisivo el empleo de otro principio de la mecánica, el de la cantidad de movimiento. La teoría de la capa limite proporciona una nueva base para un análisis más minucioso. La experimentación cada vez más continua y extensa, proporciona sin cesar nuevos datos para conocer las leyes de variación de los coeficientes fundamentales.
ELPRINCIPIO IMPULSO-CANTIDAD DE MOVIMIENTO:
IMPULSO.- Cuando una fuerza actúa durante un intervalo de tiempo sobre un cuerpo, le suministra un impulso que se define de la siguiente forma

El impulso es una magnitud vectorial y su dirección es la misma que de la fuerza.

CANTIDAD DE MOVIMIENTO.- Es una magnitud vectorial que en mecánica clásica se define como el producto de la masa del cuerpo y suvelocidad en un instante determinado.

De la dinámica establece que:
Impulso= variación de la cantidad de movimiento
V)
Las magnitudes físicas q intervienen en la ecuación son magnitudes vectoriales y han de tratarse de acuerdo con el álgebra vectorial. Por lo general es más conveniente utilizar componentes y para evitar posibles errores en los signos se sugiere utilizar las siguientes formas:En la dirección X,
Cantidad de movimiento inicial ± impulso = cantidad de movimiento
x₁ ± x * t =x₂
En la dirección Y,
y₁ ± y * t =y₂
Donde M = masa cuya cantidad de movimiento varia en el tiempo t.
Estas expresiones pueden escribirse, utilizando los subíndices apropiados x, y o z , en la siguiente forma:
x=ρ *Q (V₂ - V₁)x₃

EL COEFICIENTE β DE CORRECION DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO:13.1
β = (1/A)
Para flujo laminas en tuberías, β = 1,33. Para flujo turbulento en tuberías, β varia de 1,01 a 1,07.
En la mayoría de los casos puede considerarse igual a la unidad.
RESISTENCIA:
La resistencia o arrastre es la componente de la fuerza resultante, ejercida por el fluido sobre el cuerpo en dirección paralela al movimiento relativo del fluido.
Resistencia en kp (o N) = Cᴅ ρ A(V² / 2)
SUSTENTACION:
La sustentación es la componente de la fuerza resultante, ejercida por el fluido sobre el cuerpo en dirección perpendicular al movimiento relativo del fluido. Usualmente se da en la forma
Sustentación en kp (o N) = C∟ ρ A (V² / 2)
Donde
Cᴅ = coeficiente de resistencia, adimensional.
C∟= coeficiente de sustentación, adimensional.
Ρ = densidad del fluidos en UTM/mᶾ (o kg/ mᶾ)
A = un área característica, en m², que normalmente es la proyección del cuerpo sobre un plano perpendicular al movimiento relativo del fluido
V = velocidad relativa del fluido respecto del cuerpo, en m/s.
RESISTENCIA TOTAL:
La resistencia total esta originada por la resistencia superficial, debida al rozamiento, y la resistencia de forma, debida a la presión. No obstante, muyraramente se presentan ambos efectos simultáneamente con el mismo orden de magnitud. En el caso de objetos, que no sufren una sustentación apreciable, la resistencia del perfil o superficial es sinónima de resistencia total. Lo anterior se ilustra en la siguiente tabla.



Objeto
Resistencia superficial

Resistencia de forma

Resistencia total
Esfera
despreciable
+
resistencia deforma
=
resistencia superficial
Cilindros (eje perpendicular a la velocidad)
despreciable
+
resistencia de forma
=
resistencia superficial
Discos y placas delgadas ( perpendicular a la velocidad)
cero
+
resistencia de forma
=
resistencia superficial
Placas delgadas (paralelas a la velocidad)
resistencia superficial
+
despreciable o nula
=
resistencia superficial
Objetos fluido...