Ingieneria

Universidad de Navarra Nafarroako Unibertsitatea

Escuela Superior de Ingenieros Ingeniarien Goi Mailako Eskola

MECÁNICA DE FLUIDOS TRANSPARENCIAS DE CLASE

Alejandro Rivas Nieto Dr. Ingeniero Industrial

CAMPUS TECNOLÓGICO DE LA UNIVERSIDAD DE NAVARRA. NAFARROAKO UNIBERTSITATEKO CAMPUS TEKNOLOGIKOA Paseo de Manuel Lardizábal 13. 20018 Donostia-San Sebastián. Tel.: 943 219 877 Fax: 943311 442 www.tecnun.es arivas@tecnun.es

© 2008 Alejandro Rivas Nieto

ISBN
Reservado todos los derechos. Queda prohibida la reproducción total o parcial sin autorización previa. Primera Edición: 2008

Impreso en España Ilustraciones: © Alejandro Rivas Nieto

Imprime: Unicopia, Pº de Manuel Lardizabal, 13 20018 – San Sebastián (Gipuzkoa-España)

MECÁNICA DE FLUIDOS

CURSO 2008-2009(1)

INDICE (I)

1 CONCEPTOS INTRODUCTORIOS
1.1 Prólogo 1.2 La Hipótesis del Continuo 1.2.1 Partícula Material 1.2.2 Sistema Material 1.3 Definición de Fluido 1.4 Enfoques Lagrangiano y Euleriano 1.4.1 Enfoque Lagrangiano 1.4.2 Enfoque Euleriano 1.4.3 Ejemplo Final 1.5 Leyes Fundamentales 1.5.1 Consideraciones Finales

3
4 6 9 10 11 15 16 21 24 27 28

2. MAGNITUDES DEL ANÁLISIS DEFLUJOS DE FLUIDOS
2.1 Métodos Diferencial, Integral y Experimental 2.2 Magnitudes Cinemáticas 2.2.1 Campo de Velocidades 2.2.2 Velocidades de Deformación y Giro 2.3 Magnitudes Integrales 2.3.1 Flujos Convectivos a través de la Superficie de Control 2.3.2 Magnitudes Promedio 2.4 Teorema del Transporte de Reynolds y Derivada Material 2.4.1 Teorema del Transporte de Reynolds 2.4.2 Derivada Material 2.5Magnitudes Dinámicas 2.5.1. Motivación 2.5.2. Fuerzas que actúan sobre un fluido 2.5.3 Fuerzas Volumétricas 2.5.4 Fuerzas de Superficie 2.5.5 Relación Constitutiva de un Fluido Newtoniano 2.6 Magnitudes Termodinámicas

30
31 39 41 45 55 58 64 66 67 70 74 75 76 78 81 89 97

MECÁNICA DE FLUIDOS

CURSO 2008-2009 (2)

INDICE (II)

3 ECUACIONES FUNDAMENTALES DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS 1023.1 Métodos Integral y Diferencial 3.2 Ley de Conservación de la Masa 3.2.1 Ecuación Integral de la Continuidad 3.2.2 Ecuación Diferencial de la Continuidad 3.3 Segunda Ley de Newton 3.3.1 Ecuación Integral de la Cantidad de Movimiento 2.3.2 Ecuación Diferencial de la Cantidad de Movimiento 3.4 1a Ley de la Termodinámica 3.4.1 Ecuación Integral de la Energía 3.4.2 Ecuación de Bernoulli 3.5Regímenes de Flujo 3.5.1 Introducción 3.5.2 El Régimen Laminar 3.5.3 El Régimen Turbulento 103 105 106 109 111 112 118 126 127 130 133 134 140 141

5 INSTALACIONES HIDRÁULICAS
5.1 Generalidades 5.1.1 Definición y Modelado de una instalación hidráulica 5.1.2 Elementos de una instalación hidráulica 5.2 Pérdidas de carga en tuberías 5.2.1 Ecuación de Darcy-Weisbach 5.2.2 Secciones no circulares.Diámetro Hidráulico 5.2.3 Problemas Básicos en tuberías 5.3 Válvulas 5.3.1 Funciones y Tipos 5.3.2 Pérdidas de carga en válvulas 5.4 Modelo Matemático de una instalación hidráulica 5.4.1 Ecuaciones Fundamentales 5.4.2 Condiciones de Contorno 5.4.3 Resolución 5.4.4 Formulación por Caudales 5.4.5 Formulación por Alturas

147
148 149 150 154 155 160 163 166 167 169 171 172 173 174 175 177

MECÁNICA DEFLUIDOS

CURSO 2008-2009 (102)

TEMA 3 ECUACIONES FUNDAMENTALES DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS

MECÁNICA DE FLUIDOS

CURSO 2008-2009 (103)

3.1 METODOS INTEGRAL Y DIFERENCIAL

MECÁNICA DE FLUIDOS

CURSO 2008-2009 (104)

3.1 Método Diferencial y Método Integral
Las Ecuaciones Fundamentales son la formulación matemática de las Leyes Fundamentales las cuales rigen el movimiento de unfluido. Conservación de la Masa 2ª Ley de Newton 1ª Ley de la Termodinámica Es posible escribir cada ley: Para una partícula que en un instante está ocupando una posición en el V.C. (Método Diferencial) Incógnitas: Magnitudes de las partículas (Flujo incompresible v(x,t) y p(x,t). Para el sistema que en un instante está ocupando el V.C. (Método Integral) Incógnitas: Magnitudes Integrales (ie:...