Fundamentos de Mecánica de Fluidos: Conceptos y Principios Esenciales

Fundamentos de Mecánica de Fluidos

Hipótesis del Continuo

Se considera una sustancia como materia homogénea y continua. Las propiedades de la sustancia son funciones de punto que varían de manera continua en el espacio.

Principio de Arquímedes

La fuerza de flotación que actúa sobre un cuerpo sumergido en un fluido es igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo y actúa hacia arriba, pasando por el centroide del volumen desplazado.

Limitaciones de la Ecuación de Bernoulli

• Flujo estacionario: No debe usarse durante periodos de arranque, paro o durante periodos de cambio de condiciones.
• Efectos viscosos despreciables: Aplicable en tramos cortos, con secciones transversales grandes y con velocidades de fluido bajas.
• Ningún trabajo mecánico: No es aplicable en tramos del flujo en los que intervenga una bomba, una turbina, un ventilador o cualquier otro dispositivo impulsor.
• Flujo incompresible: Densidad constante, solo aplicable a líquidos y gases con número de Mach < 0.3.
• Transferencia de calor despreciable: No hay pérdidas.
• Trayectoria: Flujo a lo largo de una línea de corriente.

Instrumentación y Clasificación de Flujos

Sonda de Pitot

Dispositivo utilizado para medir la presión de estancamiento.

Flujo interno

• Flujo encerrado.
• Se analizan las pérdidas de energía.
• Evolución de la presión.
• Aplicación de la ecuación de Bernoulli.

Flujo externo

• Fluido no confinado.
• El fluido rodea un cuerpo sólido.
• Se analizan las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.

Fuerzas Aerodinámicas

Arrastre (Drag)

Siempre se opone al movimiento relativo del fluido. La fuerza de arrastre depende de la densidad del fluido, la velocidad corriente arriba, y el tamaño, forma y orientación del cuerpo.

Sustentación (Lift)

Actúa en la dirección normal al flujo. No se opone al movimiento relativo. Las diferencias de presión generan sustentación. La fuerza de sustentación depende de la densidad del fluido, la velocidad corriente arriba, y el tamaño, forma y orientación del cuerpo.

Regímenes de Flujo

Flujo laminar

Líneas de corriente suaves y movimiento ordenado. Se encuentra en la práctica en fluidos muy viscosos que fluyen en pequeñas tuberías.

Flujo turbulento

Fluctuaciones de velocidad y movimiento desordenado del fluido. Provoca un aumento de la fuerza de fricción sobre la superficie del tubo.

Número de Reynolds

Depende de:

• La geometría.
• La rugosidad de la superficie.
• La velocidad del flujo.
• La temperatura de la superficie.
• El tipo de fluido, entre otros factores.