Prefacio xi

Factores de conversión de unidades BG al SI xivTabla de ecuaciones xvi

Capítulo 1Introducción 3

1.1. Notas preliminares 31.2. Historia y perspectiva de la Mecánica de

Fluidos 41.3. Técnicas de resolución de problemas 51.4. Concepto de fluido 61.5. El fluido como medio continuo 81.6. Dimensiones y unidades 91.7. Propiedades del campo de velocidad 171.8. Propiedades termodinámicas de un fluido 181.9. Viscosidad y otras propiedades secundarias 251.10. Técnicas básicas de análisis de los flujos 401.11. P atrones de flujo: líneas de corriente, sendas y líneas de traza 401.12. El resolvedor de ecuaciones de ingeniería 451.13. Incertidumbre de los datos experimentales 461.14. El Examen de Fundamentos de Ingeniería (FE) 47

Problemas 48Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniería 56Problemas extensos 57Referencias 60

Capítulo 2Distribución de presiones en un fluido 63

2.1. Presión y gradiente de presión 632.2. Equilibrio de una partícula fluida 652.3. Distribución de presiones en hidrostática 66

2.4. Aplicación a la medida de presiones 732.5. Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas 762.6. Fuerzas hidrostáticas sobre superficies curvas 842.7. Fuerzas hidrostáticas en fluidos estratificados 872.8. Flotación y estabilidad 892.9. Distribución de presiones en movimiento como

sólido rígido 952.10. Medida de la presión 103

Resumen 107Problemas 107Problemas conceptuales 130Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniería 130Problemas extensos 131Proyectos de diseño 133Referencias 134

Capítulo 3Relaciones integrales para un volumen de control 137

3.1. Leyes básicas de la Mecánica de Fluidos 1373.2. Teorema del transporte de Reynolds 1413.3. Conservación de la masa 1483.4. Conservación de la cantidad de movimiento 1533.5. Teorema del momento cinético 1673.6. Ecuación de la energía 1723.7. Flujo sin fricción: la ecuación de Bernoulli 183

Resumen 192 Problemas 193Problemas conceptuales 220Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniería 221Problemas extensos 222Proyectos de diseño 223Referencias 223

Contenido

vii

Preliminares.indd 7 4/2/08 11:15:06 AM

Capítulo 4Relaciones diferenciales para una partícula fluida 225

4.1. El campo de aceleraciones de un fluido 2264.2. La ecuación diferencial de conservación

de la masa 2274.3. La ecuación de la cantidad de movimiento en

forma diferencial 2344.4. La ecuación diferencial del momento cinético 2404.5. La ecuación diferencial de la energía 2424.6. Condiciones de contorno para las ecuaciones

básicas 2444.7. La función de corriente 2494.8. Vorticidad e irrotacionalidad 2574.9. Flujos irrotacionales no viscosos 2594.10. Al gunos flujos viscosos incompresibles

ilustrativos 264Resumen 271Problemas 273Problemas conceptuales 283Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniería 284Problemas extensos 284Referencias 285

Capítulo 5Análisis dimensional y semejanza 287

5.1. Introducción 2875.2. El principio de homogeneidad dimensional 2905.3. El teorema pi 2965.4. Adimensionalización de las ecuaciones básicas 3065.5. La modelización y sus dificultades 315

Resumen 327Problemas 327Problemas conceptuales 336Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniería 336Problemas extensos 337Proyectos de diseño 338Referencias 339

Capítulo 6Flujo viscoso en conductos 341

6.1. Regímenes en función del número de Reynolds 3416.2. Flujos internos y flujos externos 3466.3. Pérdida de carga; el coeficiente de fricción 349

6.4. Flujo laminar completamente desarrollado en conductos circulares 351

6.5. Modelización de la turbulencia 3536.6. Flujo turbulento en conductos circulares 3596.7. Cuatro tipos de problemas sobre flujo en tubos 3676.8. Flujo en conductos no circulares 3736.9. Pérdidas localizadas en sistemas de tuberías 3826.10. Sistemas de tuberías 3916.11. Experimentación de flujos en conductos:

actuaciones de un difusor 3976.12. Medidores en fluidos 402

Resumen 423Problemas 424Problemas conceptuales 442Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniería 443Problemas extensos 443Proyectos de diseño 445Referencias 446

Capítulo 7Flujo alrededor de cuerpos 449

7.1. Efectos geométricos y del número de Reynolds 4497.2. Métodos integrales en la teoría

de la capa límite 4537.3. Las ecuaciones de la capa límite 4567.4. Capa límite sobre una placa plana 4597.5. Capa límite con gradiente de presión 4687.6. Experimentación en flujos externos 474

Resumen 501Problemas 501Problemas conceptuales 515Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniería 515Problemas extensos 516Proyectos de diseño 517Referencias 517

Capítulo 8Flujo potencial y Mecánica de Fluidos Computacional 521

8.1. Introducción y repaso 5218.2. Soluciones elementales en flujos planos 5248.3. Superposición de soluciones de flujos planos 5318.4. Flujos planos alrededor de cuerpos cerrados 5378.5. Otros flujos potenciales planos 547

viii Contenido

Preliminares.indd 8 4/2/08 11:15:06 AM

8.6. Imágenes 5518.7. Teoría de perfiles 5548.8. Flujo potencial axilsimétrico 5668.9. Análisis numérico 571

Resumen 585Problemas 586Problemas conceptuales 596Problemas extensos 597Proyectos de diseño 598Referencias 598

Capítulo 9Flujo compresible 601

9.1. Introducción: repaso de termodinámica 6019.2. La velocidad del sonido 6069.3. Flujo estacionario adiabático e isoentrópico 6089.4. Flujo isoentrópico con cambios de área 6149.5. La onda de choque normal 6219.6. Operación de toberas convergentes

y divergentes 6299.7. Flujo compresible en conductos con fricción 6349.8. Flujo en conductos sin fricción y con adición de

calor 6469.9. Flujo supersónico bidimensional 6519.10. Ondas de expansión de Prandtl-Meyer 661

Resumen 673Problemas 674Problemas conceptuales 687Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniería 688Problemas extensos 688Proyectos de diseño 690Referencias 690

Capítulo 10Flujo en canales abiertos 693

10.1. Introducción 69310.2. Flujo uniforme: la fórmula de Chézy 69910.3. Canales eficientes para flujo uniforme 70410.4. Energía específica: profundidad crítica 70610.5. El resalto hidráulico 713

10.6. Flujo gradualmente variado 71810.7. Co ntrol y medida de caudales mediante

vertederos 726Resumen 733Problemas 733Problemas conceptuales 745Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniería 746Problemas extensos 746Proyectos de diseño 748Referencias 748

Capítulo 11Turbomáquinas 750

11.1. Introducción y clasificación 75111.2. La bomba radial 75411.3. Cu rvas características de bombas y reglas de

semejanza 76011.4. Bo mbas diagonales y axiales: la velocidad

específica 77011.5. Acoplamiento de bombas a una red 77711.6. Turbinas 784

Resumen 798Problemas 798Problemas conceptuales 809Problemas extensos 810Proyectos de diseño 812Referencias 812

Apéndice A Propiedades físicas de los fluidos 814

Apéndice B Tablas de flujo compresible 819

Apéndice C Factores de conversión 828

Ap éndice D Ecuaciones de movimiento en coordenadas cilíndricas 830

Apéndice E Introducción al EES 832

Índice 851

Contenido ix

Preliminares.indd 9 4/2/08 11:15:07 AM