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HIDROCINEMATICA: clasificación de los fluidos,

lineas de corriente, tubos de corriente, caudal ó gasto

Richard Pehovaz

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IntroducciónEstudia los fluidos en movimientoCantidades escalares: presión, densidad,

temperaturaCantidades vectoriales: velocidad,

aceleración, fuerzaPueden variar de un punto a otro del liquido,

o en un mismo punto a lo largo del tiempo

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Clasificación de flujosSe ilustrarán con ejemplos aplicados a

tuberías y canales, que es el área de interés de los cursos de Mecánica de Fluidos e Hidráulica de canales

El análisis se hará revisando el comportamiento de las variables relevantes para cada caso.

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Flujo permanente y no permanenteFlujo permanente: en una sección permanecen

constantes las variables del flujo.Se define como: dV/dt = 0 e implica: V= CTE, dp/dt=cte,dρ/dt =cte, etc

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No permanente equivale a dV/dt ≠ 0El flujo puede estar acelerando o

desacelerandoAl ser variable la velocidad, otras magnitudes

pueden ser variables.

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Flujo uniforme y no uniformeObservando 2 secciones del conducto, si

dV/ds= 0, no hay variación de la velocidad a lo largo del conducto: flujo uniforme

Si dV/ds≠0 , hay variación de la velocidad a lo largo del conducto: flujo no uniforme

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Flujo unidimensional y bidimensionalCuando en el flujo prevalece una dirección se

dice es unidimensional como es el caso de tuberías y canales.

Eventualmente se requiere estudiar el flujo en dos dimensiones: flujo bidimensional

El flujo en tres dimensiones excede los alcances de los cursos básicos de hidráulica

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Flujo laminar o turbulentoSi el flujo sigue trayectorias ordenadas, rectilíneas

y paralelas, se dice que es un flujo laminar.Si las trayectorias son desordenadas y erráticas, se

dice que es flujo turbulento.El parámetro que permite discernir si un flujo es

laminar o turbulento, se llama Numero de Reynolds y depende de la viscosidad, velocidad media del flujo y una longitud característica del conducto.

En tuberías la longitud característica es el diámetro y en canales el radio hidráulico

Numero de Reynolds = V.D.ρ/ μ

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Flujo laminar

Flujo turbulento

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Flujo compresible e incompresibleSe considera flujo incompresible al de los

líquidos, que cambian poco de volumen con las variaciones de presión.

Flujos compresibles se aplica a los gases en general.

Eventualmente el aire se puede considerar incompresible, cuando las variaciones de presión son muy pequeñas.( caso de flujo para aire acondicionado)

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Descripción del movimiento El movimiento queda descrito cuando se conoce:1. El cambio de posición de una partícula2. La variación de la velocidad en un punto Hay dos formas de describir el movimiento:1. Método de Euler: Se elige un punto y se plantean

las variables cinemáticas en ese punto, en cada instante. Se usa v = f(r,t)

2. Método de Lagrange: Se elige una partícula y se establecen las variables cinemáticas según su recorrido. Se usa : r = f ( r0,t)

La mecánica de fluidos usa generalmente el método de Euler, por ser analíticamente mas simple

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Línea de corriente y trayectoria Si se conoce el campo de velocidades para un

instante t, la línea de corriente representa la tangente en cada uno de sus puntos a los vectores velocidad.

No existe posibilidad de que se crucen dos líneas de corriente

Si el flujo es permanente las líneas de corriente tienen la misma configuración en cada instante

Si el flujo no es permanente, cambian de un instante al otro.

Trayectoria es el camino que sigue la partícula a lo largo del tiempo.

En el flujo permanente se confunde trayectoria con línea de corriente

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Tubo de flujoEspacio conformado por un conjunto de líneas

de corriente que pasan por los puntos de una curva cerrada en el seno de un líquido.

Se llama también tubo de corrienteNo puede haber flujo transversal al perímetro

conformado por las líneas de corriente.El volumen contenido se denomina vena

líquida

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Tubo de flujo

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Caudal

En el tubo de flujo que se muestra, se define:

DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA TUBERIAFLUJO REAL

DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UN CANALFLUJO REAL

DISTRIBUCION DE VELOCIDADESFLUJO IDEAL / NO VISCOSO