Contenido introductorio

1. TERMOFLUIDOS
Profesor: José Lugo – Ingeniero Mecánico Guía Numero 1
Clase 1
Termofluidos es una rama de la ciencia y la ingeniería que abarca cuatro
campos que se cruzan:
 Mecánica de fluidos
 Termodinámica
 Transferencia de calor
 Combustión
El término es una combinación de "termo", que se refiere al calor, y "fluidos",
que se refiere a líquidos, gases y vapores. La temperatura, la presión, las
ecuaciones de estado y las leyes de transporte juegan un papel importante en
los problemas de los termofluidos. La transición de fase y las reacciones
químicas también pueden ser importantes en un contexto de termofluidos. En
ocasiones, el tema también se denomina "fluidos térmicos".
La transferencia de calor es una disciplina de la ingeniería térmica que se
refiere a la transferencia de energía térmica de un sistema físico a otro. La
transferencia de calor se clasifica en varios mecanismos, como conducción de
calor, convección, radiación térmica y transferencia de cambio de fase. Los
ingenieros también consideran la transferencia de masa de diferentes especies
químicas, ya sea fría o caliente, para lograr la transferencia de calor.
La termodinámica es la ciencia de la conversión de energía que involucra calor
y otras formas de energía, sobre todo el trabajo mecánico. Estudia e
interrelaciona las variables macroscópicas, como temperatura, volumen y
presión, que describen sistemas físicos, termodinámicos.

2. Mecánica de fluidos el estudio de las fuerzas físicas que actúan durante el flujo
de fluidos. La mecánica de fluidos se puede dividir en cinemática de fluidos, el
estudio del movimiento de fluidos y cinética de fluidos, el estudio del efecto de
las fuerzas sobre el movimiento de fluidos. La mecánica de fluidos se puede
dividir en estática de fluidos, el estudio de fluidos en reposo y la dinámica de
fluidos, el estudio de fluidos en movimiento. Algunos de sus conceptos más
interesantes incluyen el impulso y las fuerzas reactivas en el flujo de fluidos y la
teoría y el rendimiento de la maquinaria de fluidos.
La combustión es la secuencia de reacciones químicas exotérmicas entre un
combustible y un oxidante acompañada de la producción de calor y la
conversión de especies químicas. La liberación de calor puede resultar en la
producción de luz en forma de llama o incandescencia. Los combustibles de
interés a menudo incluyen compuestos orgánicos (especialmente
hidrocarburos) en fase gaseosa, líquida o sólida.
Mecánica de Fluidos
¿Qué es un fluido?
En Física, un fluido es una sustancia que se deforma continuamente (fluye)
bajo la aplicación de una tensión tangencial, por muy pequeña que sea. Es
decir, cuando hablemos de fluidos estaremos hablando de gases y de líquidos
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.
Unos líquidos se moverán más lentamente que otros, pero ante un esfuerzo
cortante se moverán siempre. La medida de la facilidad con que se mueve
vendrá dada por la viscosidad

3. Propiedades de los Fluidos
Densidad ρ
Se define como la masa por unidad de volumen. Sus unidades en el sistema
internacional son [kg/m3].
Peso específico γ
El peso específico se define como el peso por unidad de volumen. En el
sistema internacional sus unidades son [N/m3]
Volumen específico v
Se denomina volumen específico al volumen ocupado por la unidad de masa.
Para un fluido homogéneo se define como v = V /m = 1/ρ
Viscosidad.
La viscosidad refleja la resistencia al movimiento del fluido y tiene un papel
análogo al del rozamiento en el movimiento de los sólidos. La viscosidad está
siempre presente en mayor o menor medida tanto en fluidos compresibles
como incompresibles, pero no siempre es necesario tenerla en cuenta. En el
caso de los fluidos perfectos o no viscosos su efecto es muy pequeño y no se
tiene en cuenta, mientras que en el caso de los fluidos reales o viscosos su
efecto es importante y no es posible despreciarlo.
Presión.
La presión en un punto se define como el valor absoluto de la fuerza por unidad
de superficie a través de una pequeña
superficie que pasa por ese punto y en el sistema internacional su unidad es el
Pascal (1 Pa=1 N/m2).
Dilatación térmica.
Se caracteriza por el coeficiente de dilatación de volumen, que representa el
aumento relativo del volumen producido
por un aumento de la temperatura

4. Ejemplos de Fluidos
Algunos ejemplos de fluidos son:
 Agua
 Aceite
 Aire
 Alcohol
 Magma volcánica (lava)
 Salsa de tomate
 Pintura
 Gases nobles neón (Ne), xenón (Xe), kriptón (Kr), helio (He)
 Sangre
 Mezclas húmedas de agua con harina o agua con cemento
Aplicaciones
Principio de Arquímedes
 Los barcos de superficie están diseñados de manera que el metacentro
quede siempre por encima del centro de gravedad en caso de que se
muevan o desplacen lateralmente.
 El submarino en cambio no cambia de volumen pero sí de peso,
adquiere agua para sumergirse y la expulsa con aire para disminuir su
peso y subir.
 Aplicado en la construcción de flotadores salvavidas, aprovechando la
baja densidad del material del flotador.
Aplicaciones del Principio de Arquímedes a los Gases
Del mismo modo que sucede con los líquidos podemos decir que: Todo cuerpo
sumergido en un gas, experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del
volumen de gas que desaloja Por tanto se producen las mismas fuerzas que en
el agua: la fuerza de empuje para ascender y la fuerza contraria que es su
peso. Si se consigue que la fuerza de empuje sea mayor que el peso, el cuerpo
flota.

5.  Este principio se aplica a los globos que están llenos de un gas menos
pesado que el aire: el caso de los globos aerostáticos, los aerodirigibles,
etc.
Cómo se aplica en todos los casos: La densidad menor de un cuerpo
respecto a otro hace que experimente un empuje ascendente con la
consecuente disminución de su peso aparente. Esto hace que flote, se
eleve o se hunda según el cambio de densidad.
Teorema de Bernulli
Chimenea
Las chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es más
constante y elevada a mayores alturas. Cuanto más rápidamente sopla el
viento sobre la boca de una chimenea, más baja es la presión y mayor
Tubería
La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si
reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del
fluido que pasa por ella, se reducirá la presión. es la diferencia de presión
entre la base y la boca de la chimenea, en consecuencia, los gases de
combustión se extraen mejor.
Natación
La aplicación dentro de este deporte se ve reflejado directamente cuando las
manos del nadador cortan el agua generando una menor presión y mayor
propulsión.
Carburador de automóvil
En un carburador de automóvil, la presión del aire que pasa a través del cuerpo
del carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. Al disminuir la
presión, la gasolina fluye, se vaporiza y se mezcla con la corriente de aire.

6. Flujo de fluido desde un tanque
La tasa de flujo está dada por la ecuación de Bernoulli.
Dispositivos de Venturi
En oxigeno terapia la mayor parte de sistemas de suministro de débito alto
utilizan dispositivos de tipo Venturi, el cual esta basado en el principio de
Bernoulli.
Aviación
Los aviones tienen el extradós (parte superior del ala o plano) más curvado que
el intradós (parte inferior del ala o plano). Esto causa que la masa superior de
aire, al aumentar su velocidad, disminuya su presión, creando así una succión
que ayuda a sustentar la aeronave.