Conceptos Fundamentales de Mecánica de Fluidos: Tipos de Flujo, Ecuaciones y Principios

Conceptos Fundamentales de Mecánica de Fluidos

Tipos de Flujo

• Flujo ideal: Se caracteriza por la ausencia de viscosidad. En un conducto recto, todas las partículas se mueven en líneas paralelas con igual velocidad.
• Flujo real: Presenta viscosidad, lo que genera esfuerzos cortantes y gradientes de velocidad. Se observa adherencia en los contornos.

Definición de Fluido

Un fluido es una sustancia que, ante la acción sostenida de esfuerzos tangenciales, sufre una deformación que aumenta progresivamente a lo largo del tiempo sin alcanzar un estado de equilibrio.

Flujo Laminar y Turbulento

• Flujo laminar: Es un flujo estable. El movimiento relativo de partículas ocurre a escala molecular. Las partículas se mueven en líneas de corriente o trayectorias definidas y observables. Sucede cuando las tensiones viscosas son significativas.
• Flujo turbulento: Es un flujo inestable. El fluido se mueve en una serie de paquetes (remolinos) que se empujan de forma aleatoria. La velocidad fluctúa en todos los puntos del campo. Sucede cuando las tensiones viscosas son pequeñas en comparación con las fuerzas de inercia.

Flujo Estacionario y Uniforme

• Flujo estacionario: Todas las condiciones en un punto dentro de una corriente se mantienen constantes con respecto al tiempo. Estas condiciones pueden ser distintas en puntos diferentes.
• Flujo uniforme: La velocidad, en un instante dado, es igual en magnitud y dirección en cada punto del fluido.

Conceptos Relacionados con el Movimiento de Fluidos

• Campo de velocidades: Dominio con partículas fluidas en movimiento. En cada instante, en una posición se encuentra una partícula.
• Trayectoria: Línea que va recorriendo una partícula a lo largo del tiempo.
• Línea de corriente: Línea que, en un instante *t*, es tangente al vector velocidad en todos los puntos.
• Línea de traza: Línea que, en un instante *t*, define las partículas que han ido pasando por la misma posición de referencia en distintos instantes.

Ecuación de Bernoulli

El trinomio de Bernoulli permanece constante a lo largo de una línea de corriente si el fluido es incompresible, el movimiento es permanente y el fluido es ideal o perfecto.

Presión Hidrostática

Para que un fluido esté en reposo, no puede haber esfuerzos tangenciales respecto a ninguna dirección, y el fluido ha de estar sometido a un estado de compresión (no soporta tracción sin expandirse).

Fluido en Reposo

En un fluido en reposo, las fuerzas volumétricas y superficiales están en equilibrio. La presión permanece constante en dirección horizontal, mientras que en dirección vertical la presión disminuye progresivamente según aumenta la cota.

Principio de Pascal

El principio de Pascal (equilibrio fluidoestático) establece que todos los puntos de un fluido en reposo, con densidad constante, están a la misma presión si se encuentran a la misma profundidad de la superficie libre del mismo.

Medidores Piezométricos

Los medidores piezométricos son tubos con una columna vertical de líquido de densidad conocida.

Teorema de Arquímedes

El teorema de Arquímedes (flotabilidad) establece que todo cuerpo inmerso en un fluido experimenta una fuerza vertical ascendente igual al peso del fluido desalojado. Dicha fuerza se encuentra aplicada en el centro de gravedad del volumen del fluido desalojado, llamado centro de empuje.

Subpresión

La subpresión disminuye la reacción normal en la base de una presa, lo que reduce la fuerza necesaria para su deslizamiento. En función del modelo de subpresión adoptado, aumentan los momentos desestabilizadores.

Ecuación de Navier-Stokes

La ecuación de Navier-Stokes es un conjunto de ecuaciones en derivadas parciales no lineales que describen el movimiento de un fluido.