DINÁMICA DE LOS FLUIDOSDINÁMICA DE LOS FLUIDOS

CÁTEDRA: FISICA IIDOCENTE: JOSÉ FERNANDO PINTOjoseferpin@hotmail.com

LA DINÁMICALA DINÁMICA DE LOS FLUIDOSDE LOS FLUIDOS

La Dinámica de fluidos, es la rama de la mecánica de fluidos se ocupa de las leyes de los fluidos en movimiento.

FLUIDO IDEALFLUIDO IDEAL

Cuando un fluido está en movimiento, el flujo se puede clasificar en dos tipos:

1.Flujo estacionario o laminar si cada partícula de fluido sigue una trayectoria uniforme y estas no se cruzan, es un flujo ideal, en este caso la velocidad en cada punto es constante.

2.Flujo turbulento es un flujo irregular con regiones donde se producen torbellinos, en este caso la densidad es constante.

FLUIDO IDEAL (Cont.)FLUIDO IDEAL (Cont.)

En resumen un Fluido ideal es aquel que cumple con las siguientes características:

1.Es incompresible, su volumen no cambia al moverse

2.La densidad es constante para todos los elementos de fluido y para todos los tiempos.

3.La fuerza sobre un elemento de superficie dentro del fluido es donde P es la Presión.

VELOCIDAD Y LÍNEAS DE CORRIENTEVELOCIDAD Y LÍNEAS DE CORRIENTE

La velocidad del fluido en un punto cualquiera se define como la velocidad instantánea del centro de gravedad del volumen que instantáneamente rodea al punto.

Para realizar el análisis de problemas de dinámica de fluidos se hace necesario una representación visual del campo de flujo. Tal representación se puede obtener mediante las trayectorias, las líneas del tra zador y las líneas de corriente, estas últimas son líneas dibujadas en el campo de flujo de tal manera que en un instante dado se encuentran siempre tangentes a la dirección del flujo en cada punto del campo de flujo.

TUBOS DE CORRIENTE O DE FLUJOTUBOS DE CORRIENTE O DE FLUJO

Para realizar el análisis es necesario dibujar una línea de corriente en cada punto del fluido, al seleccionar un número finitos de líneas de corriente, es decir un haz de flujo, y la región tubular se denomina “tubo de flujo”.

En Se llama flujo laminar al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse.

Se llama flujo turbulento cuando se hace más irregular, caótico e impredecible, las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos.

ECUACIÓN DE CONTINUIDADECUACIÓN DE CONTINUIDAD

Considerando que el fluido no sale por las paredes del tubo y que no existen salidas adicionales, la masa en cualquier sección del tubo por unidad de tiempo debe ser la misma, lo que define que:

Las áreas transversales, perpendiculares a las líneas de corriente, son . Si las rapideces de las partículas en un fluido de densidad δ constante son , entendiendo que este fluido pasa por las regiones 1 y 2, en un intervalo de tiempo , tan pequeño que no permita que ni v ni S cambien

Y definitivamente, la ecuación de la continuidad viene a ser:

Esta expresión se conoce como Caudal, Gasto o Flujo de Volumen y se denota por la letra Φ, y la ecuación como:

ECUACIÓN DE BERNOULLIECUACIÓN DE BERNOULLI

El Teorema de Bernoulli afirma, que la energía mecánica total de un flujo incompresible y que la energía mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso es constante a lo largo de una línea de corrienteno viscoso es constante a lo largo de una línea de corriente.

Que es la Ecuación de Bernoulli.

APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLIAPLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI

La estática de los fluidos es un caso especial de la dinámica de los fluidos, donde la velocidad es cero, lo que genera que la ecuación de Bernoulli se convierte en:

Esta es precisamente la ecuación fundamental de la estática de los fluidos.

Otro ejemplo práctico es el caso de las alas de un avión, que están diseñadas para que el aire que pasa por encima del ala fluya más velozmente que el aire que pasa por debajo del ala, por lo que la presión estática es mayor en la parte inferior y el avión se levanta.

APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI (Cont.)APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI (Cont.)

Otra aplicación de esta ecuación es el Tubo de estancamiento. Considere un tubo curvo, tal como el que se muestra en la Figura:

Otro caso es el tubo de Pilot, que está basado en el mismo principio que el tubo de estancamiento, pero es mucho más versátil que este último.

APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI (Cont.)APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI (Cont.)

Otro caso lo representa el Tubo de Venturi, este consiste en un tubo horizontal con una estrechez, como lo apreciamos en las figuras, este dispositivo se utiliza para medir la velocidad del flujo en fluidos incomprensibles.

APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI (Cont.)APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI (Cont.)

Otra aplicación de la ecuación de Bernoulli la representa la Ley de Torricelli, si se tiene un estanque que contiene un líquido de densidad δ, que tiene un orificio pequeño a una altura, del fondo, tal como se ve en la figura, el aire por encima del líquido se mantiene una presión P, con estas características se puede determinar la rapidez con la que sale el fluido por el orificio, tomando en cuenta la altura h sobre el orificio.

Esta es la Ecuación o Ley de Torricelli.

APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI (Cont.)APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI (Cont.)

De la Ecuación o Ley de Torricelli se desprenden dos casos: