UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA”

ÁREA DE TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA

U.C MECÁNICA DE FLUIDOS

SANTA DE CORO; OCTUBRE 2014

PROF. ALBERTO GUERRA

Un fluido en movimiento corresponde a un medio en el cual la

posición relativa de los elementos que lo forman varía en función del

tiempo. La cinemática se preocupa en describir este movimiento.

La cinemática de los líquidos trata del movimiento de sus

partículas, sin considerar la masa ni las fuerzas que actúan, en base al

conocimiento de las magnitudes cinemáticas: velocidad, aceleración y

rotación.

CAMPO DE FLUJO. Un campo de flujo es cualquier región en el espacio donde hay un fluido en movimiento, a condición de que la región o subregión del flujo quede ocupada por fluido. En cada punto del campo de flujo es posible determinar o especificar una serie de magnitudes físicas, ya sea escalares o vectoriales, que forman a su vez campos independientes o dependientes dentro del flujo. En un campo escalar se define por la magnitud que adquiere la cantidad física. Un campo vectorial, además de la magnitud, se necesita definir una dirección y un sentido para la cantidad física a la que corresponde. Las magnitudes físicas de los campos escalares y vectoriales de un campo de flujo son funciones de punto y del tiempo, ya que su magnitud puede variar no solo de un punto a otro sino también de un instante a otro.

TUBO DE CORRIENTE. Es un tubo cuyas paredes están formadas por

líneas de corriente. Esto representa un tubo de donde las partículas no

pueden salir ya que la velocidad en las paredes es paralela a ellas. La

noción del tubo de corriente tiene un particular interés en mecánica de

fluidos ya que con el se pueden representar casos prácticos, como por

ejemplo el flujo en una tubería, de la cual no pueden salir el flujo, por lo

tanto se puede considerar como un tubo de corriente.

LÍNEAS DE CORRIENTE. Son líneas

imaginarias continuas que se dibuja de

manera que la dirección de la velocidad

instantánea de una partícula en un punto

cualquiera sea tangente a la línea de flujo

que pasa por dicho punto.

Las líneas de corriente están fijas y

coinciden con la trayectoria de las

partículas de fluido solo si el flujo es

estacionario. En flujo no estacionario las

líneas de corriente cambia a medida que

transcurre el tiempo.

TRAYECTORIA. Lugar

geométrico de las

posiciones que describe

una misma partícula en el

transcurso del tiempo.

SEGÚN LA VISCOSIDAD

FLUJO IDEAL

FLUJO REAL

Es un fluido carente de fricción. Es decir es no viscoso por lo tanto su viscosidad es nula

Fluidos cuya viscosidad es distinta de cero.

SEGÚN LA DENSIDAD

FLUJO INCOMPRESIBLE

FLUJO COMPRESIBLE

Cuando no hay variaciones de densidad en función de la

posición. Generalmente el flujo de los líquidos es incompresible

La densidad del fluido varía de punto a punto, en general es una

función de las coordenadas.

SEGÚN LA VELOCIDAD ANGULAR

FLUJO ROTACIONAL

FLUJO IRROTACIONAL

Cuando cualquier partícula del fluido no posee velocidad

Cuando la velocidad angular neta del elemento de fluido es igual a cero.

La velocidad angular

es una medida de la

velocidad de rotación.

Se define como el

ángulo girado por una

unidad de tiempo y se

designa mediante la

letra griega ω.

SEGÚN SUS DIMENSIONES

UNIDIMENSIONAL

TRIDIMENSIONAL

Cuando todos los vectores de velocidad son paralelos y de igual magnitud, es decir

sólo depende de una variable espacial

Es un flujo en el que el vector velocidad, solo depende de dos variables espaciales. En éste se supone que todas las partículas fluyen sobre planos paralelos a lo largo de trayectorias

BIDIMENSIONAL

El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso mas general en que las

componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las

coordenadas espaciales x, y, z.

CON RESPECTO A LA POSICIÓN

FLUJO UNIFORME

FLUJO NO UNIFORME

Cuando el vector velocidad en todos los puntos es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado. Este tipo de flujo es

poco común.

En este flujo es todo lo contrario al flujo Uniforme, aquí el vector velocidad varía con respecto a la posición en un tiempo dado.

CON RESPECTO AL

TIEMPO

FLUJO PERMANENTE

FLUJO NO PERMANENTE

Este tipo de flujo se caracteriza porque las condiciones de velocidad en cualquier punto no cambian con el tiempo. No existen cambios en la densidad, presión o temperatura con el tiempo. También se conocen como estacionarios.

En este flujo es todo lo contrario al flujo Permanente, aquí el vector velocidad varía con respecto al tiempo. Se conoce también como no estacionarios.

SEGÚN SU RÉGIMEN

TRANSICIÓN

LAMINAR

TURBULENTO

Las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de

trayectorias uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido,

dirección y magnitud

Las partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas, desordenadas,

con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del

flujo, la tendencia al desorden crece

A medida que aumenta la velocidad, se produce una

transición del régimen

laminar al turbulento

NÚMERO DE

REYNOLDS

Osborne Reynolds (1842–1912), publicó en 1883 su clásico experimento

mediante el que estableció el Número de Reynolds, el cual es un número

adimensional que relaciona las fuerzas inerciales con las fuerzas viscosas y

da como resultado el régimen del flujo. Éste varía al modificar la velocidad

y/o la viscosidad del flujo.

FLUJO

LAMINAR

FLUJO

TRANSICIÓN

FLUJO

TURBULENTO

NR<2000

NR>4000

2000≤NR≤4000

Es la cantidad de flujo que circula en un sistema por unidad de tiempo, se

puede definir también como caudal o gasto. Y se puede expresar

mediante los tres términos siguientes:

M La rapidez de flujo de masa, es la masa de fluido que

circula por una sección por unidad de tiempo.

W La rapidez de flujo de peso, es el peso de fluido que

circula por una sección por unidad de tiempo.

Q La rapidez de flujo de volumen, es el volumen de fluido

que pasa por una sección por unidad de tiempo.

V: Velocidad

A: Área

1.- “Principio de Continuidad”. Conservación de la materia.

2.- Segunda Ley de Newton. Impulso y Cantidad de movimiento.

3.- Primera Ley de la Termodinámica. Conservación de la energía.

4.- Segunda Ley de la Termodinámica.

La ecuación de continuidad

no es más que 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:

Para flujos incompresibles y permanentes:

EJEMPLO: En la figura se muestra la bifurcación de un tubo que tiene los diámetros

indicados. El agua que circula dentro del tubo entra en A y sale en C y D. Si la

velocidad media en B es de 0,60 m/s y en D es de 2,70 m/s. Calcule las velocidades

en A y en C, el gasto total y el gasto en cada rama de la tubería.

A B

C

D

ØA = 0,15 m

ØB = 0,30 m

La energía ni se crea ni se

destruye, se transforma en

otra. Este enunciado es de

la Ley de Conservación de

energía.

La ecuación de Bernoulli o de conservación de la energía, indica que en

un fluido en movimiento sometido a la acción de la gravedad, la suma de

las alturas geométrica, manométrica y cinética es constante para los

diversos puntos de una línea de corriente.

El fluido tendrá las siguientes formas de energía:

Energía potencial: es debido a su elevación. Ep=z

Energía cinética o de velocidad: es debido a su velocidad Ec=

V2/2g

Energía de presión: en ocasiones conocida como energía del

flujo o trabajo de flujo. Ef= p/γ

Para flujos ideales e incompresibles