Cinematica De Los Fluidos

CINEMÁTICA DE LOS FLUIDOS

La cinemática de los fluidos analiza el movimiento de estos en términos de velocidades, aceleraciones y desplazamientos sin considerar las fuerzas necesarias para producir el movimiento.

El análisis cinemática se enfocará en fluidos ideales donde el movimiento ocurre en trayectorias definidas.

Al observar el movimiento de fluidos como el del humo que sale de una chimenea, el movimiento de las ondas sobre un lago o la mezcla de pinturas en un cubo encontramos ejemplos comunes de representación visual del flujo.

Conceptos fundamentales:

Velocidad

Esta es la variable fundamental en cinemática, como es una cantidad vectorial debe definirse en magnitud, dirección y sentido. La otra variable significativa es la aceleración.

Hay una gran diferencia en el movimiento de los sólidos y los fluidos; en el caso de los sólidos no existe movimiento relativo entre las partículas que lo forman, por lo general, es suficiente conocer el movimiento del sólido como una unidad indeformable. En los fluidos esta aproximación es errada, por cuanto existen desplazamientos relativos entre las diversas partículas de la masa fluida y en consecuencia, se hace necesario estudiar las velocidades, aceleraciones y desplazamientos para todas las partículas que conforman la masa. Ver Figura 1.

Figura 1. Movimiento de sólido y fluido.

Un estudio exhaustivo de las velocidades y desplazamientos de todas las partículas de una masa fluida, es una tarea imposible, por lo tanto existen dos métodos generales:

Método o Enfoque de Lagrange: En este método se requiere seguir las partículas de fluido individuales a medida que avanzan y determinar cómo las propiedades del fluido asociadas con estas partículas cambian en función del tiempo. Es decir, las partículas de fluido se marcan y sus propiedades se determinan en la medida en que se mueven. Dado que la masa fluida tiene un número infinito de partículas, será necesario establecer unas ecuaciones generales que definan las velocidades y aceleraciones, o al menos, analizar un número suficientemente grande de partículas para poder adquirir una visión aproximada del movimiento de toda la masa.

Método o enfoque de Euler: Mediante este procedimiento se selecciona un punto fijo en el espacio, relacionado con un sistema cualquiera de coordenadas, y se analizan las variaciones, con el tiempo, de las velocidades y aceleraciones de las diferentes partículas de la masa fluida que van pasando por él. Para adquirir un conocimiento apropiado del movimiento, se requerirá, como en el caso anterior, definir unas ecuaciones generales del movimiento, o bien, conocer las citadas variaciones en un número suficientemente amplio de puntos en el espacio.

De estos dos métodos el más utilizado, más simple, práctico y sencillo es el método euleriano.

Campo de flujo: Espacio físico a través del cual ocurre el movimiento de un fluido.

Líneas de Corriente: Representan gráficamente a los flujos, estas líneas se dibujan de manera que siempre sean tangentes a los vectores de velocidad de las partículas de un fluido en un flujo. Las líneas de corriente determinan el patrón del movimiento para el instante de tiempo seleccionado y no puedes ser atravesadas por materia, de allí que los contornos, sólidos o no, que limitan el flujo son líneas de corriente.

Figura 2. Líneas de flujo.

Tubos

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