*Realiza lo que a continuación se propone, a partir del acceso en la
Biblioteca Virtual de la UPAP con la lectura del materiallibro: Penaranda O y Caudex V. (2018), Mecánica de fluidos,
Ed. Ecoe Ediciones, Bogotá Colombia, CAPÍTULO IV Flujo de los fluidos.
•Cita los tipos de flujos.
1.Fluido ideal o inviscido.
2.Flujo real o viscoso.
3.Flujo unidimensional, bidimensional y tridimensional.
4.Flujo estable e inestable.
5.Flujo a presión o con superficie libre.
6.Flujo laminar o turbulento.
7.Flujo uniforme o variado.
• Relaciona la importancia del sistema y volumen de control.
En termodinámica un sistema es una cantidad dada de materia en forma
de fluido de trabajo. Se reconocen dos tipos de sistemas: el sistema
cerrado y el sistema abierto. Un sistema cerrado es aquel en el cual no
hay fluido que entre o salga de la región que contiene el sistema, por lo
que puede deducirse que un sistema cerrado contiene una cantidad fija
de masa. Contrariamente a esto, un sistema abierto permite el flujo a
través de sus fronteras. En mecánica de fluidos un sistema cerrado se
denomina simplemente como “sistema” y un sistema abierto se identifica
como volumen de control.
Sistema
Un sistema está definido como una cantidad fija de materia que puede
fluir, moverse e interactuar con su entorno. El sistema está delimitado
por unas fronteras que pueden ser fijas o móviles y pueden variar de
forma y tamaño, aunque siempre contiene la misma masa. El sistema
interactúa con su entorno transfiriendo o absorbiendo calor, presión o
cualquier otra forma de energía. Esta definición de sistema coincide
exactamente con la definición en termodinámica de “sistema cerrado” y
su uso en mecánica de fluidos es fundamental para el estudio del
movimiento de las masas fluidas, tal y como se define en la mecánica
newtoniana para los cuerpos rígidos. El uso del sistema para el estudio
del movimiento de los fluidos a partir de las leyes del movimiento dadas
en la mecánica clásica para los cuerpos rígidos re presenta un
enfoque lagrangiano del movimiento y las ecuaciones se representan en
forma diferencial.
Volumen de control
Un volumen de control es una región en el espacio a través de la cual
puede transitar un fluido. Al igual que un sistema abierto, el volumen de
control tiene fronteras que lo delimitan y a través de las cuales puede
circular un fluido, pero a diferencia del sistema, dichas fronteras pueden
ser fijas o móviles y pueden deformarse. Otra
característica distintiva del volumen de control respecto al sistema
abierto es que el volumen de control es un concepto geométrico
independiente de la masa.
•Diferencia entre el método Euleriano y Lagrangiano.
1.Método euleriano
El método de campo de flujo descrito que representa la determinación de
las pro piedades del fluido en el instante en que este pasa por un punto
determinado punto del espacio.
2.Método lagrangiano
En el método lagrangiano se determina la variación de las propiedades de
las partículas individualmente a medida que estas se mueven. Por
ejemplo, si se desea conocer la variación de la temperatura a medida que
transcurre el tiempo en un efluente de una fábrica que es conducido por
un canal, es posible introducir en la corriente del canal un dispositivo que
mida la temperatura a medida que el fluido se mueve hacia el cuerpo
receptor (T(t)). Este es un enfoque lagrangiano.
•Explica brevemente sobre el análisis integral de flujo de fluidos.
Análisis integral de flujo de fluidos
Como se expreso con anterioridad, existen dos enfoques fundamentales
para el estudio del movimiento de un fluido: la descripción detallada de la
variación de las caracteristicasde una partícula o grupo de partículas de
un fluido a medida que estas se mueven, la cual representa una
visión lagrangiana del movimiento, y el analisis de la variación de
las caracteristicas del fluido a medida que dicho fluidotransita a través de
una región finita del espacio (un volumen de control), el cual representa
una visión euleriana del movimiento. El enfoque lagrangiano cobra
importancia cuando se evalúan en detalle cambios infinitesimales del
movimiento de un fluido, por lo que el análisis diferencial del flujo se
convierte en la herramienta fundamental. De otra parte, el
enfoque euleriano evalúa la variación total de las características de
un fluido mediante un balance de la variación de las características de
un fluido dentro y a través de las fronteras de un volumen de control,
utilizando el Teorema del Transporte de Reynolds. Para facilitar la
comprensión del tema, seguidamente se desarrollan las ecuaciones de
continuidad, de cantidad de movimiento lineal y de momento de cantidad
de movimiento, de energía y de Bernoulli mediante el analisis integral
de flujo de fluidos. Posteriormente, se estudia el analisis diferencial
de flujo de fluidos y se desarrollan las ecuaciones de continuidad, de
conservación de la cantidad de movimiento lineal, de movimiento de
Euler y de Bermoulli a partir de este tipo de analisis.
•Comenta sobre el análisis diferencial del flujo de fluidos.
Análisis diferencial de flujo de fluidos
Como se anotó en el numeral 4.5, el análisis diferencial de flujo de fluidos
se convierte en la herramienta fundamental cuando se hace necesario
evaluar en detalle los cambios infinitesimales del movimiento de un
fluido. En este método se utiliza un volumen de control infinitesimal en
lugar del volumen de control finito utilizado en el análisis integral de flujo
de fluidos. Cuando un elemento diferencial de un fluido se
traslada de un lugar a otro, este elemento gira, y su volumen y forma
cambian de una manera simultánea. Sin embargo, con el propósito de
ilustrar estos tipos de movimiento (traslación, giro, deformación lineal y
deformación angular), es posible considerarlos por separado tomando
como referencia la figura 4.17.
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