UNIDAD 2: DINÁMICA DE FLUIDOS.


La dinámica de fluidos es una rama fundamental de la física y la ingeniería que se dedica al análisis de los fluidos en movimiento y las fuerzas que los afectan. Esta disciplina es crucial para comprender y predecir el comportamiento tanto de líquidos como de gases en diversas situaciones. Se basa en principios y ecuaciones matemáticas, como la ecuación de continuidad, que asegura la conservación de la masa en un flujo estacionario, y la ecuación de Bernoulli, que relaciona la presión, la velocidad y la energía potencial de un fluido en diferentes puntos de su trayectoria, siempre que se trate de un fluido ideal, sin viscosidad y en un flujo sin pérdidas de energía por fricción.






2.1 Fluido ideal. 


Se llama fluido ideal, a un fluido de viscosidad nula, incompresible y deformable cuando es sometido a tensiones cortantes por muy pequeñas que éstas sean.

Algunos ejemplos sencillos de fluidos son: el agua, el aceite, el aire, el alcohol, la magma volcánica (lava), la salsa de tomate, la pintura, los gases nobles (neón, xenón, kriptón, helio, etc.), la sangre, mezclas húmedas de agua con harina o agua con cemento.

2.2 Velocidad y líneas de corriente. 


El estudio del movimiento de los fluidos es, en general, un problema muy complejo. Las moléculas de un fluido, además de ejercer entre si acciones mutuas de gran importancia, pueden tener diferentes velocidades y estar sujetas a distintas aceleraciones. Por esta razón es necesario tener en cuenta conceptos adicionales al aplicar las leyes de la dinámica a los fluidos en movimiento

2.3 Tubos de corriente. 


Se conocen como tubos de corriente a superficies cerradas (en forma de tubo) formadas por líneas de corriente en sus bordes. Podemos definirlos también como la parte de un flujo delimitada por líneas de corriente.

En un tubo de corriente con un fluido ideal, se conserva la masa, la cantidad de movimiento y la energía.


2.4 Flujo estacionario en un fluido incompresible. 


Fluido estacionario: Los líquidos son incompresibles. En numerosas aplicaciones de la mecánica de fluidos, también se asume la incompresibilidad para gases si la velocidad de flujo permanece por debajo de Mach 0,3. En base al aire de 20°C, este valor límite corresponde a una velocidad de aprox. 100 m/s y el cambio de densidad asciende aprox. al 4%. Por tanto, es posible, en gran medida, tratar flujos de líquido y gas con fundamentos comunes en la mecánica de fluidos

La velocidad de una partícula de fluido cambia con la posición: v = f(s).

2.5 Ecuación de continuidad.


La ecuación de continuidad es una consecuencia de la conservación de la masa. Pone de manifiesto el hecho de que la cantidad de fluido que entra en una manguera, por ejemplo, es la misma que la que sale de la misma.

Supongamos que tenemos un tubo de sección variable por el que fluye un fluido en estado estacionario (la densidad y la velocidad del fluido en cada punto no varían con el tiempo). Como el flujo es estacionario, la forma de las líneas de corriente no varía con el tiempo.

Si el fluido no es viscoso (no tiene rozamiento interno), todos los elementos del mismo que están en cualquier superficie plana perpendicular al tubo se mueven con la misma velocidad.

La ecuación es la siguiente: A1*v1 = A2*v2

2.6 Presión y velocidad. 


Este establece que un aumento en la velocidad de un fluido ocurre simultáneamente con una disminución en la presión o una disminución en la energía potencial del fluido. Por lo tanto, son inversamente proporcionales: a medida que la velocidad aumenta, la presión disminuye, y viceversa.


Para acelerar un líquido que entra al angostamiento, la fuerza de empuje proveniente de la sección transversal amplia debe ser mayor que la fuerza de resistencia del angostamiento.

2.7 Ecuación de Bernoulli. 


La ecuación de Bernoulli es una expresión matemática que describe la relación entre la presión, la velocidad y la altura de un fluido en movimiento. Esta ecuación se basa en el principio de conservación de la energía, que establece que la energía total de un sistema se mantiene constante en ausencia de fuerzas externas. En el caso de un fluido en movimiento, la ecuación de Bernoulli se expresa de la siguiente manera:    p+1/2ρv'2+ρgy=constante

2.8 Aplicación de la ecuación de Bernoulli


La ecuación de Bernoulli tiene una amplia gama de aplicaciones prácticas en la vida cotidiana y en diversas ramas de la ingeniería. Algunos ejemplos incluyen:

Aviación: La ecuación de Bernoulli es fundamental para entender el principio de sustentación en la aerodinámica, el cual explica cómo los aviones pueden volar. La diferencia de presión entre la parte superior e inferior de las alas permite que el avión se mantenga en el aire.

Hidrodinámica: En el diseño y construcción naval, la ecuación de Bernoulli es esencial para estudiar el flujo de agua alrededor del casco de un barco. Permite comprender cómo las diferentes formas y estructuras afectan la resistencia al avance y la eficiencia del barco.

Ingeniería de fluidos: La ecuación de Bernoulli se utiliza en el diseño de tuberías, sistemas de ventilación y conductos de aire. Su objetivo es calcular la pérdida de presión y la velocidad del fluido en diferentes puntos del sistema.