Hidráulica - Fluidos

1 FLUIDOS
1.1 INTRODUCCIÓN
La mecánica de fluidos es el estudio de los fluidos en movimiento o de manera estática. El fluido es aquella sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y toma la forma del recipiente que lo contiene, es decir que en presencia de un agente externo no puede permanecer en reposo.
Las aplicaciones de la mecánica de fluidos a laingeniería son enormes, por ejemplo la respiración, el flujo de la sangre, las bombas, las turbinas, los barcos, los aviones, los ríos, las tuberías, entre otros.
1.2 MARCO TEÓRICO
Desde el punto de vista de la mecánica, todos los problemas se producen en dos estados, fluidos y sólidos. La diferencia entre ambos es perfectamente obvia, pero la distinción técnica se observa en la reacción de ambos alaplicarse un esfuerzo cortante o tangencial. Un sólido puede resistir el esfuerzo cortante a través de una deformación; un fluido no puede. En un fluido, la aplicación de un esfuerzo cortante resulta en el movimiento de este. Es así que el fluido se mueve y se deforma continuamente mientras el esfuerzo cortante este aplicado.
De la definición de fluidos se establece entonces que se tienen dosclases: líquidos y gases (Figura 1.).
Los líquidos a una presión y temperatura determinadas ocupan un volumen determinado. Introducido el líquido en un recipiente adopta la forma del mismo, pero llenando solo el volumen que le corresponde. Si sobre el líquido reina una presión atmosférica, el líquido adopta una superficie libre y plana.
Los gases a una presión y temperatura determinada tienentambién un volumen determinado, pero puestos en libertad se expanden hasta ocupar el volumen completo del recipiente que lo contiene, y no presentan superficie libre.

Figura 1.: Estados de la materia (Sólido y Fluidos)
De lo anterior se puede entender entonces que los sólidos ofrecen gran resistencia al cambio de forma y volumen; los líquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen, pero node forma; y los gases ofrecen poca resistencia al cambio de forma y de volumen.
1.2.1 Clasificación de los fluidos
Los fluidos pueden clasificarse de acuerdo a la resistencia a la rapidez de deformación, cuando se someten a un esfuerzo cortante o tangencial, que explica su fluidez. Esta resistencia se denomina viscosidad, según esta los esfuerzos cortantes que se producen en un fluido nodependen de las deformaciones que experimenta, sino de la rapidez con que se producen. Si el esfuerzo cortante de un fluido es directamente proporcional al gradiente de velocidad se dice que el fluido es newtoniano (por ejemplo: agua y aire), pero si no existe proporcionalidad entonces se trata de un fluido no newtoniano (por ejemplo: betún, alquitrán, pinturas de aceite, entre otros). Esto puedeexpresarse matemáticamente de la siguiente manera:

Donde es el esfuerzo cortante, k es el coeficiente de proporcionalidad y es el gradiente de velocidad.
Otras sustancias como las mezclas empleadas en la inyección de suelos (limos, arcillas, etc.) presentan un comportamiento que corresponde a los sólidos, mientras el esfuerzo no alcanza un valor inicial, cuando este valor se alcanza la sustanciase comporta como fluido, este tipo de fluido se conoce como Bingham o plástico ideal.
Otra característica en base a la cual se clasifican los fluidos es la compresibilidad, es decir el cambio de la densidad cuando un fluido se encuentra en condiciones estáticas. Cuando un fluido presenta cambios muy pequeños en su densidad a pesar de estar sometidos a grandes presiones, como en un líquido. Entales circunstancias, el fluido se denomina incompresible y se supone que su densidad es constante para los cálculos. El estudio de fluidos incompresibles en condiciones estáticas se conoce como hidrostática. Cuando la densidad no puede considerarse constante bajo condiciones estáticas como en un gas, el fluido se denomina compresible.
1.2.2 El fluido como medio continuo
El análisis riguroso del...