Mecanica de fluidos

Mecánica de Fluidos M. I. Juan José Muciño Porras

1. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

1.1 ¿Por qué la Mecánica de Fluidos?
En la mayoría de los programas de ingenierías se incluye la Mecánica de Fluidos, ya que sus principios y métodos encuentran muchas aplicaciones tecnológicas en campos como: • • • • Transporte de fluidos Generación de energía Control ambiental Transporte

El transporte defluidos es el movimiento de un fluido de un lugar a otro, de tal manera que éste se pueda emplear o procesar. Como ejemplo cabe citar los sistemas de suministro de agua en ciudades y casas, los oleoductos, las tuberías de gas natural, productos químicos de uso agrícola y el transporte por tuberías en plantas químicas. Respecto a la generación de energía útil, sólo una pequeña parte de ella segenera sin que se requiera para ello el movimiento de algún fluido. Los dispositivos típicos de conversión de energía, como turbinas de vapor, motores alternativos, turbinas de gas, centrales hidroeléctricas y molinos de viento, incluyen muchos procesos de flujo complicados. En el campo ambiental intervienen movimientos de fluidos. La mayoría de los sistemas de calefacción para edificios emplean unfluido para transportar energía desde un proceso de combustión, u otra fuente de calor, hacia los recintos calentados. En los sistemas de acondicionamiento de aire, el aire que circula se enfría por medio del movimiento de un fluido refrigerante. Todo el transporte se realiza dentro de un medio fluido (la atmósfera o un volumen de agua), el movimiento relativo entre el fluido y el dispositivo detransporte genera una fuerza que se opone al movimiento deseado. Diversas especialidades se encargan de estudiar a los fluidos dentro de los aspectos considerados; en este curso se hará énfasis sólo en el transporte de fluidos a través de tuberías a presión. Los cimientos de la mecánica de fluidos tratan de las fuerzas que actúan dentro de un fluido y de los movimientos que éstas producen en un fluido(medio continuo). La mecánica de fluidos estrictamente se enfoca al análisis diferencial, para el ingeniero civil, este análisis se puede dar a nivel macro, con el agua como fluido a estudiar. El Fluido es un estado de la naturaleza que no soporta o resiste esfuerzos cortantes sin moverse. Para la ingeniería los fluidos más comunes son aire y agua; aunque los desarrollos que se hagan sirven paratodo tipo de fluido, siempre y cuando se conozcan las condiciones particulares que tiene. Éstas no pueden generalizarse ya que efectos como la temperatura, la altitud, etc., influyen de manera distinta dependiendo del fluido que se trate. El comportamiento del fluido parece estar “fuera de lo común”. Véanse dos argumentos lógicos que el fluido es capaz de “desafiar”.

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Primer argumentoSentido común:

Mecánica de Fluidos M. I. Juan José Muciño Porras A pequeñas causas pequeños efectos.

Ejemplo: El lanzamiento de una pelota de béisbol. La fuerza de oposición del aire o de arrastre (en inglés drag) es:

FD = C D A

ρV 2 2

En la gráfica, comprobada experimentalmente: una pequeña variación de la velocidad en el lanzamiento (indicada a través del Número de Reynolds, que seexplicará posteriormente) produce una enorme reducción de CD. Esto significa que por una pequeña variación de velocidad en el lanzamiento la fuerza de arrastre se reduce mucho y “llega” en mucho menos tiempo (tiene más fuerza). Por eso los buscadores de grandes ligas están a la caza de lanzadores que además de lanzar a gran velocidad tengan control. Otro ejemplo es la pelota de golf, una pelotaigual en peso y del mismo diámetro Φ pero lisa, llega 3 veces menos que la pelota de golf. Segundo argumento Sentido común: A causas simétricas efectos simétricos.

Un objeto como un remo, en un desplazamiento axial, produce vórtices asimétricos.

Una burbuja de aire en agua, en su ascenso vertical (simétrico) sube en forma espiral. Los sentidos de la vista y el tacto indican que...