Fundamentos de la Mecánica de Fluidos y Comportamiento Dinámico

Definición de Fluido

Un fluido es toda sustancia que, bajo la acción de una fuerza tangencial (F), arbitrariamente pequeña, experimenta una deformación continua; es decir, es capaz de deformarse ininterrumpidamente mientras actúe dicha fuerza.

Propiedades que se Transportan en un Flujo

Dentro de la dinámica de un flujo, se transportan principalmente tres magnitudes fundamentales:

• Cantidad de movimiento.
• Cantidad de energía.
• Cantidad de materia.

Concepto de Fluido Homogéneo y Heterogéneo

Fluido Homogéneo

Se define como aquel fluido donde la densidad no depende del tiempo, sino específicamente del punto o posición en el espacio.

Fluido Heterogéneo

Es aquel fluido cuyo valor de densidad varía con respecto al volumen considerado.

Gradiente de Velocidad entre Placas

Al analizar un fluido confinado entre dos placas, donde una de ellas es móvil, se observa que la placa móvil adquiere una cierta velocidad. Según la condición de no deslizamiento, las partículas fluidas que se hallen en contacto directo con la placa móvil adquirirán su misma velocidad, estableciendo un perfil de velocidades en el fluido.

Influencia del Régimen Laminar y Turbulento en el Rozamiento

Flujo Laminar

Es deseable la existencia de un flujo laminar debido a que el fluido se mueve en capas paralelas a la superficie (como en el caso de la pala de una hélice). En este régimen, se mantiene la adherencia óptima entre la pala y el fluido.

Flujo Turbulento

Por otra parte, no es deseable la existencia de un flujo turbulento por las siguientes razones:

• Debido al intercambio de partículas en diferentes direcciones, aparece un esfuerzo por rozamiento adicional.
• El fluido pierde adherencia con la pala, provocando una pérdida de rendimiento de la hélice; al no haber adherencia, el sistema no desplaza el fluido eficazmente.
• Aparece el fenómeno de la cavitación, generado cuando el fluido pierde adherencia y se crean burbujas de vapor que chocan violentamente con las palas, ocasionando graves perjuicios estructurales sobre la hélice.

Variación de la Viscosidad en Función de la Temperatura

Comportamiento en Líquidos

En los fluidos líquidos, cuando aumenta la temperatura (T), la viscosidad disminuye. Esto se debe a que la causa principal de la viscosidad (el rozamiento interno) reside en las fuerzas de atracción intermolecular entre las partículas adyacentes. Al aumentar la temperatura, estas fuerzas disminuyen, reduciendo la oposición al movimiento relativo entre las capas del fluido.

Comportamiento en Gases

En los gases, el comportamiento es inverso: cuando se incrementa la temperatura, aumenta su viscosidad debido al incremento en los choques y el intercambio de cantidad de movimiento entre las moléculas.