Post on 16-Jul-2015
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA
U.C MECÁNICA DE FLUIDOS
SANTA DE CORO; OCTUBRE 2014
PROF. ALBERTO GUERRA
Un fluido en movimiento corresponde a un medio en el cual la
posición relativa de los elementos que lo forman varía en función del
tiempo. La cinemática se preocupa en describir este movimiento.
La cinemática de los líquidos trata del movimiento de sus
partículas, sin considerar la masa ni las fuerzas que actúan, en base al
conocimiento de las magnitudes cinemáticas: velocidad, aceleración y
rotación.
CAMPO DE FLUJO. Un campo de flujo es cualquier región en el espacio donde hay un fluido en movimiento, a condición de que la región o subregión del flujo quede ocupada por fluido. En cada punto del campo de flujo es posible determinar o especificar una serie de magnitudes físicas, ya sea escalares o vectoriales, que forman a su vez campos independientes o dependientes dentro del flujo. En un campo escalar se define por la magnitud que adquiere la cantidad física. Un campo vectorial, además de la magnitud, se necesita definir una dirección y un sentido para la cantidad física a la que corresponde. Las magnitudes físicas de los campos escalares y vectoriales de un campo de flujo son funciones de punto y del tiempo, ya que su magnitud puede variar no solo de un punto a otro sino también de un instante a otro.
TUBO DE CORRIENTE. Es un tubo cuyas paredes están formadas por
líneas de corriente. Esto representa un tubo de donde las partículas no
pueden salir ya que la velocidad en las paredes es paralela a ellas. La
noción del tubo de corriente tiene un particular interés en mecánica de
fluidos ya que con el se pueden representar casos prácticos, como por
ejemplo el flujo en una tubería, de la cual no pueden salir el flujo, por lo
tanto se puede considerar como un tubo de corriente.
LÍNEAS DE CORRIENTE. Son líneas
imaginarias continuas que se dibuja de
manera que la dirección de la velocidad
instantánea de una partícula en un punto
cualquiera sea tangente a la línea de flujo
que pasa por dicho punto.
Las líneas de corriente están fijas y
coinciden con la trayectoria de las
partículas de fluido solo si el flujo es
estacionario. En flujo no estacionario las
líneas de corriente cambia a medida que
transcurre el tiempo.
TRAYECTORIA. Lugar
geométrico de las
posiciones que describe
una misma partícula en el
transcurso del tiempo.
SEGÚN LA VISCOSIDAD
FLUJO IDEAL
FLUJO REAL
Es un fluido carente de fricción. Es decir es no viscoso por lo tanto su viscosidad es nula
Fluidos cuya viscosidad es distinta de cero.
SEGÚN LA DENSIDAD
FLUJO INCOMPRESIBLE
FLUJO COMPRESIBLE
Cuando no hay variaciones de densidad en función de la
posición. Generalmente el flujo de los líquidos es incompresible
La densidad del fluido varía de punto a punto, en general es una
función de las coordenadas.
SEGÚN LA VELOCIDAD ANGULAR
FLUJO ROTACIONAL
FLUJO IRROTACIONAL
Cuando cualquier partícula del fluido no posee velocidad
Cuando la velocidad angular neta del elemento de fluido es igual a cero.
La velocidad angular
es una medida de la
velocidad de rotación.
Se define como el
ángulo girado por una
unidad de tiempo y se
designa mediante la
letra griega ω.
SEGÚN SUS DIMENSIONES
UNIDIMENSIONAL
TRIDIMENSIONAL
Cuando todos los vectores de velocidad son paralelos y de igual magnitud, es decir
sólo depende de una variable espacial
Es un flujo en el que el vector velocidad, solo depende de dos variables espaciales. En éste se supone que todas las partículas fluyen sobre planos paralelos a lo largo de trayectorias
BIDIMENSIONAL
El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso mas general en que las
componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las
coordenadas espaciales x, y, z.
CON RESPECTO A LA POSICIÓN
FLUJO UNIFORME
FLUJO NO UNIFORME
Cuando el vector velocidad en todos los puntos es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado. Este tipo de flujo es
poco común.
En este flujo es todo lo contrario al flujo Uniforme, aquí el vector velocidad varía con respecto a la posición en un tiempo dado.
CON RESPECTO AL
TIEMPO
FLUJO PERMANENTE
FLUJO NO PERMANENTE
Este tipo de flujo se caracteriza porque las condiciones de velocidad en cualquier punto no cambian con el tiempo. No existen cambios en la densidad, presión o temperatura con el tiempo. También se conocen como estacionarios.
En este flujo es todo lo contrario al flujo Permanente, aquí el vector velocidad varía con respecto al tiempo. Se conoce también como no estacionarios.
SEGÚN SU RÉGIMEN
TRANSICIÓN
LAMINAR
TURBULENTO
Las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de
trayectorias uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido,
dirección y magnitud
Las partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas, desordenadas,
con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del
flujo, la tendencia al desorden crece
A medida que aumenta la velocidad, se produce una
transición del régimen
laminar al turbulento
NÚMERO DE
REYNOLDS
Osborne Reynolds (1842–1912), publicó en 1883 su clásico experimento
mediante el que estableció el Número de Reynolds, el cual es un número
adimensional que relaciona las fuerzas inerciales con las fuerzas viscosas y
da como resultado el régimen del flujo. Éste varía al modificar la velocidad
y/o la viscosidad del flujo.
FLUJO
LAMINAR
FLUJO
TRANSICIÓN
FLUJO
TURBULENTO
NR<2000
NR>4000
2000≤NR≤4000
Es la cantidad de flujo que circula en un sistema por unidad de tiempo, se
puede definir también como caudal o gasto. Y se puede expresar
mediante los tres términos siguientes:
M La rapidez de flujo de masa, es la masa de fluido que
circula por una sección por unidad de tiempo.
W La rapidez de flujo de peso, es el peso de fluido que
circula por una sección por unidad de tiempo.
Q La rapidez de flujo de volumen, es el volumen de fluido
que pasa por una sección por unidad de tiempo.
V: Velocidad
A: Área
1.- “Principio de Continuidad”. Conservación de la materia.
2.- Segunda Ley de Newton. Impulso y Cantidad de movimiento.
3.- Primera Ley de la Termodinámica. Conservación de la energía.
4.- Segunda Ley de la Termodinámica.
La ecuación de continuidad
no es más que un caso
particular del principio de
conservación de la masa. Se
basa en que el caudal (Q) del
fluido ha de permanecer
constante a lo largo de toda
la conducción. Dado que el
caudal es el producto de la
superficie de una sección del
conducto por la velocidad
con que fluye el fluido,
tendremos que en dos
puntos de una misma tubería
se debe cumplir que:
Para flujos incompresibles y permanentes:
EJEMPLO: En la figura se muestra la bifurcación de un tubo que tiene los diámetros
indicados. El agua que circula dentro del tubo entra en A y sale en C y D. Si la
velocidad media en B es de 0,60 m/s y en D es de 2,70 m/s. Calcule las velocidades
en A y en C, el gasto total y el gasto en cada rama de la tubería.
A B
C
D
ØA = 0,15 m
ØB = 0,30 m
La energía ni se crea ni se
destruye, se transforma en
otra. Este enunciado es de
la Ley de Conservación de
energía.
La ecuación de Bernoulli o de conservación de la energía, indica que en
un fluido en movimiento sometido a la acción de la gravedad, la suma de
las alturas geométrica, manométrica y cinética es constante para los
diversos puntos de una línea de corriente.
El fluido tendrá las siguientes formas de energía:
Energía potencial: es debido a su elevación. Ep=z
Energía cinética o de velocidad: es debido a su velocidad Ec=
V2/2g
Energía de presión: en ocasiones conocida como energía del
flujo o trabajo de flujo. Ef= p/γ
Para flujos ideales e incompresibles