INFORME DE MECANICA DE LOS FLUIDOS

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
SEDE BARCELONA
FACULTAD: INGENIERIA INDUSTRIAL[pic 1]

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PROFESOR:                                                                                BACHILLERES:

Ing. Jorge Matheus                                               Belisario Julio   C.I: 21.388.784                                          
                                                                              Fernández Ana  C.I: 25.257.191

Fenómeno de Transporte.
Sección: ID

BARCELONA, MARZO DE 2016[pic 3][pic 4]

INTRODUCCION

       Los fluidos son el conjunto de sustancias donde existe entre sus moléculas poca fuerza de atracción, cambiando su forma, lo que ocasiona que la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen.

       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, es decir, un fluido no es capaz de soportar un esfuerzo cortante sin moverse durante ningún intervalo de tiempo

       Las moléculas de un fluido, además de ejercer entre sí acciones mutuas de gran importancia, pueden tener diferentes velocidades y estar sujetas a distintas aceleraciones. Por esta razón es necesario tener en cuenta las leyes de la dinámica a los fluidos en movimiento; siendo esta la ciencia dedicada al estudio de las deformaciones y flujos de la materia. El movimiento de un fluido está definido por un Campo Vectorial de Velocidades correspondientes a las partículas del flujo, y un Campo Escalar de Presiones en función de la posición y el tiempo, correspondientes a los distintos puntos del mismo. En cada instante se puede definir en cada punto del espacio un vector velocidad que es el de la partícula fluida que pasa por él en ese momento. El conjunto de todos estos vectores constituyen el campo vectorial de velocidades.

       Los fluidos desempeñan un papel excepcional en la técnica y en primer lugar el agua y el aire; sin el estudio del primero no se puede dar un paso en la oceanografía, ingeniería naval, canalizaciones y conducciones hidráulicas, estructuras hidráulicas, aprovechamiento de la energía hidráulica, estaciones de bombeo, entre otros.

MOVIMIENTO DE FLUIDOS

1.- LINEA DE CORRIENTE

Son curvas imaginarias dibujadas a través de un fluido en movimiento y que indican la dirección de este en los diversos puntos del flujo. La tangente en un punto de la curva representa la dirección instantánea de la velocidad de las partículas fluidas en dicho punto. Las tangentes a las líneas de corriente pueden representar de esta forma la dirección media de la velocidad. Como la componente de la velocidad normal a la línea de corriente es nula, queda claro que no existe en ninguno de sus puntos flujo perpendicular a la línea de la corriente. Sirve para la representación grafica de los fluidos llamados bidimensionales, que pueden representarse fácilmente en un plano.        
La línea de corriente se puede expresar matemáticamente con la siguiente ecuación:

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Ecu. I

Donde V  y dr son los vectores de velocidad y cambio de posición, los cuales al ser paralelos su producto vectorial es cero.

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Fig.1: Línea de corriente y trayectoria de la partícula

1.1 Tubo de Corriente

Es un tubo constituido por una región parcial del flujo fluido delimitada por una familia de líneas de corriente, que lo confinan; en otras palabras, es un tubo cuyas paredes están formadas por líneas de corriente, lo que representa una región de donde las partículas no pueden salir ya que la velocidad en las paredes es paralela a ellas. Si la sección recta del tubo de corriente es suficiente pequeña, la velocidad en el punto medio de una sección cualquiera puede considerarse como la velocidad media en dicha sección.

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Fig. 2: Tubo de corriente

2.- ECUACION DE CONTINUIDAD.        

Es un caso particular del principio de conservación de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo de toda la conducción.

Dado que el caudal es el producto de la superficie de una sección del conducto por la velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dos puntos de una misma tubería se debe cumplir que:        

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Ecu. II

Donde:

• Q es Caudal. (m3/s)
• S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto. (m2)
• v es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería. (m/s)

Se puede concluir que puesto que el caudal debe mantenerse constante a lo largo de todo el conducto, cuando la sección disminuye, la velocidad del flujo aumenta en la misma proporción y viceversa.

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Fig. 3 La sección se reduce de A1 a A2.

3.- RED DE CORRIENTE

Se dibujan para representar la configuración del flujo en casos de flujos bidimensionales y en algunos casos también en tridimensionales.

La red de corriente está formada por:        

• Una familia de líneas de corriente espaciadas de tal forma que el caudal es el mismo entre cada dos pares de líneas.         
  

• Otra familia de curvas ortogonales a las líneas de corriente, y espaciadas de tal forma que la separación entre ellas es igual a la separación entre las líneas de corriente adyacentes.

Para describir completamente un flujo, con condiciones de contorno dadas, se requiere un número infinito de líneas de corriente. Sin embargo el número de líneas de corriente empleadas prácticamente es el mínimo necesario para obtener la precisión deseada.

4.- ECUACION DE MOVIMIENTO DE EULER

      Son las que describen el movimiento de un fluido compresible no viscoso. En un fluido ideal en movimiento, y considerando un elemento infinitesimal del mismo (partícula fluida), de masa dm y volumen dV que se muestra en la (Figura 4). Se sigue a la partícula fluida en su movimiento. Naturalmente, se supone que la masa (dm) de la partícula fluida permanece constante en el transcurso de su movimiento, aunque su volumen (dV) podrá variar, a menos que el fluido sea incompresible. La segunda ley del movimiento de Newton relaciona la aceleración total que adquiere la partícula con la resultante de  todas las fuerzas que actúan sobre ella.

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Fig. 4 Fluido ideal en movimiento

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Ecu. III

         Las fuerzas que actúan sobre la partícula fluida son de dos tipos: fuerzas superficiales y fuerzas másicas. Puesto que el fluido es ideal, la fuerza superficial neta que actúa sobre la partícula fluida es debida únicamente a la presión. Se puede expresar dicha fuerza en la forma -∇pdV, ya que FP= -∇p representa la fuerza por unidad de volumen debida a la presión. Las fuerzas másicas son fuerzas exteriores que actúan sobre la partícula fluida y que acostumbramos a expresar referidas a la unidad de volumen del fluido (fm, densidad de fuerza másica) o a la unidad de masa del mismo (g, fuerza másica específica), de modo que la fuerza másica neta que actúa sobre la partícula fluida será fmdV=g.dm. Entonces, la segunda ley del movimiento de Newton nos permite escribir en un referencial inercial.

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