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MECÁNICA DE FLUIDOSParte de la Física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química,civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: La estática de fluidos, o hidrostática,que se ocupa de fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en movimiento. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica,o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de compresibilidad.
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FÍSICA BIOLÓGICA
FLUIDOS EN MOVIMIENTOIng. Sandra Leiton
Mecánica de fluidos
Es la rama de la mecánica que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que lo provocan.
Fluidos ideales
1. Estable: cada partícula que pasa por la misma posición siempre tiene la misma velocidad
2. Irrotacional: las partículas en su movimiento únicamente tiene traslación
Fluidos ideales
3. Incompresibles: mantienen constante su densidad en su movimiento
4. No Viscoso: no hay rozamiento entre las diferentes capas del fluido ni del fluido con las paredes de las tuberías que lo conducen
Fluidos reales
son compresibles, presentan resistencia al
desplazamiento por lo tanto tienen viscosidad
Ecuación de continuidad
Q1 = Q2
S1 .v1 = S2 .v2
En tubos cilíndricos, si el radio se reduce a la mitad la sección disminuye cuatro veces y la velocidad correspondiente es cuatro veces mayor.
Aplicaciones de la Ley del caudal
En el aparato circulatorio la ley se cumple con mucha aproximación en condiciones de reposo.
El caudal total es virtualmente el mismo en las arterias, venas y capilares, pero la velocidad de la sangre varía en proporción inversa a la sección transversal del sector considerado.
Teorema de Bernoulli:
Demuestra la conservación de la energía mecánica total de un fluido ideal.
La energía total de un líquido en movimiento presenta tres componentes:
la resultante de un trabajo realizado sobre el sistema (por ejemplo el trabajo cardíaco) que se manifiesta en la presión lateral
Epl = P.V
Teorema de Bernoulli:
la energía potencial gravitatoria que dependerá de la altura de la columna líquida
Eg = m.g.h
la energía cinética representada por la velocidad del líquido considerado.
Ec = ½ m.v2
Teorema de Bernoulli: Emt = Ec + Epl + Eg Reemplazando: Emt= ½ m.v2 + P.V + m.g.h
Emt (v) = ½ ρ .v2 + P + Pe .h= constante
Donde: ½ ρ .v2 es la presión cinemática , P es la presión lateral y Pe .h es la presión gravitatoria o
hidrostática.
Teorema de Bernoulli
La suma de las presiones cinemática, lateral e hidrostática y se llama presión hidrodinámica y es constante en un líquido en movimiento.
PH = Pc + Pl + Ph
Teorema de Bernoulli
Potencia
Potencia
Esa diferencia de presión implica una potencia que se disipa a lo largo de la cañería por efecto del rozamiento (la viscosidad).
Pot = ΔP . Q su unidad es el Watt
Resistencia Hidrodinámica
Es la resistencia al movimiento del fluido.
se mide en Pa.s/ m3 o dyn.s/cm3
La ley de Poiseuille:
La viscosidad causa una pérdida de energía mecánica que depende del caudal, el coeficiente de viscosidad η, el régimen de flujo y la geometría del conducto.
La ley de Poiseuille:
El caudal Q se relaciona con la diferencia de presión entre los extremos del tubo ΔP, su diámetro interno D y su longitud L
Q = k. ΔP.D4/L
La ley de Poiseuille:
De ella se deduce que: a mayor caudal, mayor presión a mayor longitud, mayor presión a mayor viscosidad, mayor presión a mayor radio, menor presión
Número de Reynolds: El principio de la turbulencia está determinado
por un factor adimensional llamado número de Reynolds
Donde ρ es la densidad del fluido, v la rapidez media a lo largo de la dirección del flujo, DH
es el diámetro del tubo y µ la viscosidad del fluido.
Número de Reynolds:
Si Re < 2000, el flujo es laminar
Si Re > 4000, el flujo es turbulento
Entre 2000 y 4000, el flujo puede cambiar de laminar a turbulento
Muchas gracias
