Fundamentos de la Mecánica de Fluidos: Principios y Características Clave

Principios Fundamentales

Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una pérdida de peso aparente igual al peso del fluido desalojado.

Presión: Es la fuerza por unidad de área que se ejerce sobre una superficie.

Presión Atmosférica: Presión que ejerce la capa atmosférica sobre la superficie terrestre.

Presión Hidrostática: Es la presión que ejerce una columna de fluido en el fondo del depósito que lo contiene.

Principio de Pascal: Todo fluido encerrado en un depósito, al ser sometido a presión, ejerce esta en todas las direcciones con la misma intensidad.

Principio de Conservación de la Masa: La masa total del universo se mantiene constante; no se crea ni se destruye, solo se transforma en energía.

Principio de Bernoulli: Para un flujo estacionario, incompresible y sin rozamientos internos, la suma de las energías de presión, cinética y potencial en cualquier parte de la tubería se mantiene constante.

Características del Flujo

• Flujo Estacionario: Es cuando las partículas de un fluido, al pasar por un punto determinado de la tubería, mantienen una velocidad constante.
• Flujo Incompresible: Los líquidos se consideran incompresibles debido a que su densidad no varía significativamente durante su movimiento. Los gases son compresibles, aunque en algunas situaciones especiales se pueden considerar incompresibles.
• Flujo Irrotacional: Es el flujo en el que las partículas del fluido tienen una velocidad angular neta igual a 0. El caso contrario es el flujo rotacional.

Líneas de Corriente: Son líneas que representan la trayectoria de las partículas en un flujo estacionario.

Aplicaciones y Conceptos Adicionales

Tubo de Venturi: Es un dispositivo que permite determinar la rapidez del flujo en una tubería.

Velocidad de Salida: Velocidad con la que un fluido sale por un orificio en un depósito abierto a la atmósfera.

Teoría de Torricelli: Los líquidos se comportan como un sólido en caída libre cuando salen por un orificio en un depósito abierto a la atmósfera.

Viscosidad: Un líquido puede soportar esfuerzos de compresión, pero no de tracción. Las partículas de un fluido están sometidas a fuerzas intermoleculares llamadas de cohesión, las cuales, al desplazarse una respecto de otra, generan fuerzas de fricción debido a las fuerzas de cohesión.

Notas Importantes sobre la Viscosidad

1. En un fluido ideal, la viscosidad (μ) es igual a 0.
2. En un fluido real, la viscosidad (μ) es diferente de 0.
3. La viscosidad dinámica varía con la temperatura. Si aumenta la temperatura, la viscosidad aumenta en los gases y disminuye en los líquidos. En ambos casos, es prácticamente independiente de la presión.
4. La viscosidad cinemática varía con la presión y la temperatura en los gases. En los líquidos, varía principalmente con la temperatura.
5. La viscosidad cinemática depende de la densidad y, por ende, de las fuerzas inerciales.

Teoría de Modelos

Para que el ensayo del modelo y el prototipo sean dinámicamente semejantes, los números de Reynolds deben ser iguales.

Si el número de Reynolds es:

• RE > 20000: el flujo es turbulento en una tubería.
• RE > 10: el flujo es turbulento con obstáculos.

Flujo Laminar: Las partículas del fluido tienen trayectorias conocidas que semejan láminas.

Flujo Turbulento: Las partículas del fluido tienen trayectorias desconocidas, lo que provoca un desorden.