Hidrodinamica

[pic 1]

Universidad de Oriente

Unidad de Estudios Básicos

Núcleo Bolívar

Departamento de Ciencias

[pic 2]Área: Física medica

[pic 3][pic 4]

Profesor:

Néstor Pérez

Ciudad Bolívar, Julio 2015

Fluidos

Es la parte de la física que estudia la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, tanto como sus aplicaciones y mecanismos que se aplican en los fluidos. Es la parte de la mecánica que estudia el comportamiento de los fluidos en equilibrio (Hidrostática) y en movimiento (Hidrodinámica). Esta es una ciencia básica de la Ingeniería la cual tomó sus principios de las Leyes de Newton y estudia la estática, la cinemática y la dinámica de los fluidos.

En este caso se hará hincapié en la dinámica de fluidos, hidrodinámica.

La hidrodinámica o dinámica de los fluidos estudia los fluidos en movimiento. Permite comprender multitud de hechos tales como el fluir del agua en las tuberías, en la calefacción, los efectos producidos por la caída del agua en los embalses, etc.

Para el fluido en movimiento es de vital importancia y conocer las propiedades que lo rigen, es fundamental primero que todo tener claro el concepto de fluido. Cuando se observa algo que tiene la habilidad de moverse en un ambiente sin conservar su forma original, hablamos de un fluido. Más precisamente, es un estado de la materia con un volumen indefinido, debido a la mínima cohesión que existe entre sus moléculas.

Los fluidos, como todos los materiales, tienen propiedades físicas que permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento así como distinguirlos de otros. Algunas de estas propiedades son exclusivas de los fluidos y otras son típicas de todas las sustancias. Propiedades como la viscosidad, tensión superficial y presión de vapor solo se pueden definir en los líquidos y gases. Sin embargo la masa específica, el peso específico y la densidad son atributos de cualquier materia.

Propiedades de los fluidos

• Estabilidad: se dice que el flujo es estable cuando sus partículas siguen una trayectoria uniforme, es decir, nunca se cruza entre sí. La velocidad en cualquier punto se mantiene constante el tiempo.

• Turbulencia: debido a la rapidez en que se desplaza las moléculas el fluido se vuelve turbulento; un flujo irregular es caracterizado por pequeñas regiones similares a torbellinos.

• Viscosidad: es una propiedad de los fluidos que se refiera el grado de fricción interna; se asocia con la resistencia que presentan dos capas adyacentes moviéndose dentro del fluido. Debido a esta propiedad parte de la energía cinética del fluido se convierte en energía interna.

• Densidad: es la relación entre la masa y el volumen que ocupa, es decir la masa de unidad de volumen.

• Volumen específico: es el volumen que ocupa un fluido por unidad de peso.

• Peso específico: corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen.

• Gravedad específica: indica la densidad de un fluido respecto a la densidad del agua a temperatura estándar. Esta propiedad es dimensional.

• Tensión superficial: En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para disminuir su superficie por unidad de área.

Tipos de Fluidos

• Fluido newtoniano: Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles que son ejemplos de fluido no newtoniano. Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.

• Fluido no newtoniano: es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura y presión, pero no con la variación de la velocidad. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuerzo y los tensores de esfuerzos bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.

Es importante clasificar los fluidos no newtonianos en independientes del tiempo o dependientes del tiempo. Algunos ejemplos de fluidos independientes del tiempo son: el plasma sanguíneo, polietileno fundido, látex, almibares, adhesivos, malazas y tintas. Los fluidos que dependen del tiempo son difíciles de analizar porque su viscosidad aparente varía con el tiempo. Ejemplos de ellos son petróleos crudos a temperaturas bajas, tinta para impresoras, nylon, ciertas gelatinas, mezclas de harina y varias solucione de polímeros.

Regímenes del movimiento de líquidos

La hidrodinámica es una de las ramas de la mecánica cuyo estudio resulta más complicado, debido al gran número de magnitudes físicas: espacio, velocidad, aceleración, masa, fuerza, viscosidad, etcétera, que intervienen en el fenómeno  del movimiento de un líquido; movimiento que tiene lugar a lo largo de una conducción según tres regímenes de distinta naturaleza denominados:

1. Régimen sin rozamiento o de Bernoulli: se representa cuando la velocidad del líquido no es muy grande, la conducción no presenta cambios bruscos de dirección y el líquido  esta desprovisto por completo de viscosidad. Se caracteriza porque todas las partículas que en un momento dado se encuentran en una misma sección S1 de la conducción, se mueven simultáneamente de modo que en cualquier instante posterior siguen estando todas en una misma sección S2.

[pic 5]

1. Régimen laminar o de Poiseuille: se produce cuando se dan las mismas circunstancias que en el régimen sin rozamiento salvo una: el líquido posee viscosidad. Se caracteriza porque todas las particular se mueven con mayor velocidad cuando más alejadas se encuentran de las paredes del conducto, de tal modo que todas las que en un instante dado se encuentran en la misma sección S1, en otro instante posterior no lo están, debido a que las que se hallan en el centro de la conducción se desplazan una distancia mayor que  las situadas en las proximidades o en contacto con paredes. Tanto los concepto de régimen sin rozamiento y laminar es importante conocer los conceptos de línea de corriente y tubo de corriente.

1. Régimen turbulento o de Venturi: se presenta cuando la velocidad del líquido es muy grande o cuando la conducción presenta bruscos cambios de dirección. Se caracteriza por la presencia de torbellinos y porque las líneas de corriente se cortan entre sí, constituyendo un movimiento totalmente caótico.

[pic 6]

Línea de corriente

Es la trayectoria seguida por una partícula del fluido. Sus características principales son:

...