Mecánica de Fluidos La mecánica de fluidos como la conocemos a día de hoy es una mezcla de teoría y experimento que se origina básicamente por un lado del trabajo inicialmente de la ingeniería hidráulica y por otro lado del trabajo elementalmente de la matemática, abordando un problema desde un enfoque analítico. Básicamente la mecánica de fluidos es un área de la ciencia que se dedica a estudiar el comportamiento de los fluidos ya sea en reposo como también en movimiento La característica fundamental de los fluidos es la denominada fluidez. Un fluido cambia de forma de manera continua cuando está sometido a un esfuerzo cortante, por muy pequeño que sea éste. (Domingo, 1997). Quiere decir que un fluido no es capaz de soportar un esfuerzo cortante sin moverse durante ningún intervalo de tiempo. Unos líquidos se moverán más lentamente que otros, pero al enfrentarse a un esfuerzo cortante se moverán siempre. Definición de fluido Un fluido es una sustancia que posee la capacidad de resistir fuerzas o esfuerzos de corte, sin sufrir ningún tipo de deformación, por muy pequeño que sea este esfuerzo. 1. Clasificación de los fluidos: Los fluidos se clasifican en líquidos y gases: a) Líquidos: Se conoce que un líquido tiene su volumen establecido pero su forma no, esto debido a que un líquido posee fuerzas intermoleculares que lo mantienen unido, cuando vaciamos líquido dentro de un recipiente, éste toma la forma parcial o igual al volumen del recipiente sin importar su forma. De igual manera los líquidos poseen una superficie libre y son fácilmente comprensibles gracias a que su densidad varía poco con la temperatura y presión. Por eso es que en ingeniería a los líquidos se los conoce como fluidos incomprensibles. b) Gases: Un gas básicamente consta de partículas que chocan unas con otras y tratan de dispersarse de tal manera que un gas no tiene definida su forma ni su volumen, por lo tanto, un gas va a llenar completamente un recipiente que lo contenga.(Introduccion a La Mecanica de Fluidos - Google Libros, n.d.) La presión, la temperatura y el volumen que ocupa para una masa o sistema de gas, básicamente se relaciona por la ley de los gases, o sea, la ecuación apropiada del estado de gas. Propiedades de los fluidos a) Densidad (𝝆): Masa por unidad de volumen 𝜌= 𝑀 … … (1.9) ∀ Generalmente sus unidades son: [𝜌] = [𝑀𝐿−3 ] 𝜌= 𝑔𝑚 𝑘𝑔𝑚 𝑆𝑙𝑢𝑔 ;…𝜌 = 3 ;…𝜌 = 3 𝑐𝑚 𝑚 𝑝𝑖𝑒 3 Una relación frecuentemente utilizada en la hidráulica es el denominado volumen específico, que se define como el inverso de la densidad.(Introduccion a La Mecanica de Fluidos - Google Libros, n.d.), es decir: 𝑉𝑠 = 1 ∀ = … … (1.9𝑎) 𝜌 𝑀 b) Peso específico (𝜸): Se define como la relación entre el peso de una sustancia y su unidad de volumen 𝛾= 𝑊 = 𝜌𝑔 … … (1.10) ∀ [𝛾] = [𝐹𝐿−3 ] = [𝑀𝐿−2 𝑇 −2 ] En general, sus unidades más comunes son: 𝛾: 103 𝑘𝑔 𝑙𝑏 = 6.24 3 3 𝑚 𝑓𝑡 𝛾: 𝜌(𝑆𝑙𝑢𝑔)𝑔 = 𝜌(𝑙𝑏𝑚) 𝑔 32.174 c) Viscosidad: La facilidad con que un líquido se derrama es una indicación de su viscosidad. El aceite frio tiene una alta viscosidad y se derrama muy lentamente, mientras que el agua tiene una viscosidad relativamente baja y se derrama con bastante facilidad.(Mecánica de Fluidos Aplicada - Robert L. Mott - Google Libros, n.d.) Definimos la viscosidad como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus moléculas. La pérdida de energía debida a la fricción en un fluido que fluye se debe a su viscosidad. Estática de los fluidos La estática de los fluidos comprende dos partes: el estudio de la presión y de sus variaciones a través del fluido, y el estudio de las fuerzas debidas a la presión sobre superficies finitas. El caso especial de fluidos que en su movimiento se comportan como sólidos, se incluye en la estática por la semejanza de fuerzas que implica. Al no haber movimiento de una capa del fluido en relación con el adyacente. No habrá tensiones de cordura en el fluido por eso. En la estática de los fluidos sobre un cuerpo libre únicamente actúan fuerzas normales de vidas a la presión. Presión en un punto: La presión media se calcula dividiendo la fuerza normal que actúa sobre un área plana por dicha área la presión en un.es límite del cociente de la fuerza normal a un área por dicha área cuando ésta tiende a cero en un punto. En un punto de un fluido en reposo existe la misma presión en todas las direcciones esto significa que sobre un elemento superficial del área 𝛿𝑎 que gira alrededor de su centro sumergido totalmente en un fluido en reposo actúa una fuerza de magnitud constante sobre cada una de las caras cualquiera que sea su orientación. Dinámica de los fluidos Conforme un fluido se mueve dentro de él se desarrolló un esfuerzo cortante cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido se define al esfuerzo cortante denotando con una letra griega, 𝜏(tao).(Mott, 2006) La fuerza que se requiere para que una unidad de área de una sustancia se deslice sobre otra. Entonces, 𝜏 es una fuerza dividida entre un área y se mide en las unidades de 𝑁/𝑚2 o 𝑙𝑏/𝑓𝑡 2 en fluidos como el agua. El alcohol u otros líquidos comunes la magnitud del esfuerzo. Es directamente proporcional el cambio de velocidad entre las posiciones diferentes del fluido. Básicamente la dinámica de los fluidos estudia el comportamiento de los mismos en movimiento. Los principios de conservación de la masa energía y cantidad de movimiento son primordiales la ecuación de Vernol y por ejemplo, relación a la presión la velocidad y la altura en un flujo del fluido y esta misma es utilizada en muchas aplicaciones. Para diseños de aviones y la predicción de comportamientos de de, por ejemplo, ríos y corrientes. Principio de Bernoulli: En puntos a lo largo de una línea horizontal del flujo las regiones de mayor presión tienen una menor velocidad del fluido y las regiones de menor presión tienen una mayor velocidad del fluido. Conceptualmente podría ser más simple pensar acerca del principio de Bernoulli como el hecho de que un fluido fluye de una región de mayor presión a una de menor presión se acelerará debido a la fuerza neta sobre la dirección del movimiento La única manera de darle energía cinética a algo es haciendo trabajo sobre él. Esto se expresa por el principio de trabajo y la energía. 1 1 𝑊𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 = ∆𝐾 = 𝑚𝑣𝑓2 − 𝑚𝑣𝑖2 2 2 La ecuación de Bernoulli es esencialmente una manera matemática de expresar el principio de Bernoulli de forma más general tomando en cuenta cambios en la energía potencial debido a la gravedad. Ecuación de Bernoulli La ecuación de Bernoulli relaciona a la presión la velocidad y la altura de dos puntos cualesquiera (1 y 2) en un fluido con flujo laminar constante de densidad 𝜌. Usualmente escribimos la ecuación de Bernoulli de la siguiente manera: 1 1 𝑃1 + 𝜌𝑣12 + 𝜌𝑔ℎ1 = 𝑃2 + 𝜌22 + 𝜌𝑔ℎ2 2 2 Las variables 𝑃1 𝑣1 ℎ1 se refieren a la presión, la velocidad y la altura del fluido en el punto 1, respectivamente, mientras que las variables 𝑃2 𝑣2 ℎ2 se refieren a la presión, la velocidad y la altura del punto 2, como se muestra en el diagrama a continuación. En este podemos ver una elección particular de los dos puntos (1 y 2) en el fluido, pero la ecuación de Bernoulli es válida para cualesquiera dos puntos en el fluido. Conclusión En base a la información obtenida, se ha llegado a la conclusión que básicamente la mecánica de fluidos es una disciplina compleja que desempeña un papel muy importante en varias áreas de la ciencia e ingeniería. Luego de indagar y conocer el estudio de esta disciplina dentro de las propiedades y el comportamiento de los fluidos, se ha discernido que se puede diseñar sistemas mas eficientes y resolver problemas críticos en nuestra sociedad. La investigación continua y el desarrollo de esta área prometen avances muy significativos que pronostican beneficios para la humanidad en el futuro. Bibliografía Domingo, A. M. (1997). Apuntes de Mecánica de fluidos. Introduccion a la Mecanica de Fluidos - Google Libros. (n.d.). Retrieved June 22, 2024, from https://books.google.es/books?id=ETqRTGieUyYC&printsec=frontcover&hl=es#v=onepage&q &f=false Mecánica de fluidos aplicada - Robert L. Mott - Google Libros. (n.d.). Retrieved June 22, 2024, from https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=xUavR0u66PEC&oi=fnd&pg=PA1&dq=Mecanic a+de+Fluidos&ots=wSytvIRrOS&sig=iMm6lmi0xFCCC_dD3aP7iTkS13U#v=onepage&q=Mecan ica%20de%20Fluidos&f=false Mott, R. (2006). Selección y aplicación. Mecánica de Fluidos, 382–442. https://books.google.com/books/about/Mecanica_de_Fluidos_6_e.html?hl=es&id=LbMTKJ4 eK4QC
