ingenieria de fluidos

1. Dinámica de Fluidos
Física II

2. La Mecánica de Fluidos es la parte de la mecánica que estudia las leyes del
comportamiento de los fluidos en equilibrio (estática de fluidos o hidrostática)
y en movimiento (dinámica de fluidos o hidrodinámica).
Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia
entre cuyas moléculas hay una fuerza de atracción débil. Los fluidos se
caracterizan por cambiar de forma sin que existan fuerzas restitutivas tendentes
a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un
sólido deformable). Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen
unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y/o las paredes de un recipiente; el
término engloba a los líquidos y los gases. En el cambio de forma de un fluido
la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos,
pues justamente fluyen. Los líquidos toman la forma del recipiente que los
aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de
volumen como de forma propios. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en
los líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están
conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos
viscosos (casi fluidos ideales).
Mecánica de Fluidos
Física II

3. Física II
Densidad
Densidades de algunas sustancias comunes
Presión

4. Física II
Una línea de flujo es una curva cuya tangente en
cualquier punto tiene la dirección de la velocidad del fluido
en ese punto. Si el patrón de flujo cambia con el tiempo,
las líneas de corriente no coinciden con las de flujo

5. Física II
La masa de un fluido en movimiento no cambia al fluir
Esto conduce a una relación cuantitativa importante llamada
Ecuación de la Continuidad
El producto Av es la tasa de flujo de volumen dV/dt, la rapidez con que el volumen cruza
una sección del tubo:
Ecuación
de la
Continuidad
Caudal =

6. Física II
Según la ecuación de continuidad, la rapidez de flujo de un fluido
puede variar a lo largo de las trayectorias del fluido, por lo que
podremos deducir una relación importante que relaciona la presión,
la rapidez de flujo y la altura para el flujo de un fluido ideal.
La presión varía dependiendo de la altura, al igual que en la situación estática y también de la rapidez
de flujo. La dependencia de la presión con respecto a la rapidez se deduce de la ecuación de
continuidad.
Si un fluido incompresible fluye por un tubo con sección transversal variable, su rapidez debe
cambiar, así que un elemento de fluido debe tener una aceleración, y si el tubo es horizontal, la fuerza
que causa esta aceleración debe ser aplicada por el fluido circundante.
Esto implica que la presión debe ser diferente en regiones con diferente sección transversal; si fuera la
misma en todos lados, la fuerza neta sobre cada elemento de fluido sería cero. Cuando un tubo
horizontal se estrecha y un elemento de fluido se acelera, debe estarse moviendo hacia una región de
menor presión para tener una fuerza neta hacia delante que lo acelere.
Si la altura cambia, provoca una diferencia de presión adicional.

7. Física II
Deducción de la Ecuación de Bernoulli
(Johann Bernoulli “1667 – 1748” Científico y Matemático Suizo)
El trabajo neto hecho por el sistema, W es igual al cambio
en la energía cinética K y energía potencial U del sistema
Trabajo:
Energía Cinética:
Energía Potencial:
Para deducir la Ecuación de Bernoulli se aplica el “Teorema del Trabajo y la Energía” al fluido en un ducto.
Ecuación de Bernoulli

8. Física II
Teorema de Torricelli
(Evangelista Torricelli “1608 – 1647” Físico y Matemático Italiano)
El Teorema de Torricelli es una aplicación específica de la “Ecuación de Bernoulli” y estudia el flujo
de un fluido contenido en un recipiente, a través de un orificio pequeño respecto del área del espejo del
fluido y en un nivel inferior y bajo la acción de la gravedad.
espejo del fluido
La velocidad de derrame (v2) de un recipiente (Teorema de
Torricelli) implican los siguientes criterios:
1. El recipiente se encuentra abierto a la atmósfera tanto de la parte
superior como en el orificio por lo que la presión superior p1 y la
presión en el orificio p2 son iguales a la atmosférica.
2. La velocidad inicial (v1) es mucho mas pequeña que la velocidad
de derrame (v2) por lo que v1<< v2 por lo que se asume v1 = 0.
3. El área del recipiente (A1) es mucho mas grande que la del área
del orificio (A2) por lo que (A1
2 - A2
2) = A1
2 .
Por lo que se tiene lo siguiente:
… y
como consecuencia también el
Teorema de Torricelli
Tiempo de Drenado

9. Física II

10. Física II

11. Física II

12. Física II

13. Física II

14. Física II
Unidades de uso común en
USA y sus equivalencias en
el Sistema Internacional (SI)

15. Física II
Bibliografía
“Física para ingeniería y ciencias” Volumen 1, W. Bauer y G.D. Weastfall, 1ª edición, McGraw Hill, México 2011.
“Física Universitaria Vol. 1, Young, Hugh D. y Freedman, Roger A. (Sears – Zemansky). 12ª edición, Pearson
Educación, México 2009.
“Termodinámica” Yunus A. Cengel y Michael A. Boles 7ª Edición, McGraw Hil, México 2012.
Imágenes:
http://profesordetecnologia-dfgr41.blogspot.com/2011/09/taller-de-mecanica-de-fluidos.html
http://marcos-marcosnavarro-marcos.blogspot.mx/2011/10/tiburon-toro.html