dinamica de fluidos (1)

7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)

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MECANICA DE FLUIDOS I

DIN MIC DE

FLUIDOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

E.P. ING. CIVIL

Docente: Ing. Nancy Zevallos Quispe



DINAMICA DE FLUIDOS

Estudia el movimiento puro de las

partículas, sin considerar la masa ni

las fuerzas que lo producen.

La descripción del movimiento se

hace utilizando únicamente lavelocidad, la aceleración y la rotación

Ing. Nancy Zevallos Quispe



DINAMICA DE FLUIDOS

En un punto de la masa liquida en

movimiento se debe definir:

Cantidades escalares: (queda definida

por su magnitud) presión, densidad,

temperatura.

Cantidades vectoriales: (queda

definida por su magnitud, dirección y

sentido) velocidad, aceleración,fuerza.




DINAMICA DE FLUIDOS

Las características físicas, tanto

escalares como vectoriales pueden

variar de un punto a otro del liquido y

en un mismo punto de un instante a

otro.Es decir son funciones de punto y de

tiempo.




DINAMICA DE FLUIDOS


El interés se centra en el flujo del

agua a través de tuberías y canales.



CLASIFICACION DE FLUJOS


En la practica se presentan diversos

tipos de flujos:FLUJO PERMANENTE Y NO

PERMANENTE. Esta clasif icación

obedece a la utilización del tiempocomo criterio.

En el primero, en una sección de la

conducción permanecen contantes en el

tiempo las variables hidráulicas del flujo

(velocidad, densidad, presión, etc.) en el

segundo los valores de estas variables

cambian de un instante a otro.





FLUJO PERMANENTE Y NO

PERMANENTE.

El flujo en un canal es permanece si el

tirante permanece constante en

cualquier instante o en un lapsoespecificado.





FLUJO UNIFORME Y VARIADO.

Esta clasificación obedece a la

uti lización del espacio como un criterio.

En el primero, la velocidad media

permanece contante en cualquier

sección del canal, así como las

variables hidráulicas del flujo

(velocidad, densidad, presión, etc.) en elsegundo los valores de estas variables

cambian de un punto a otro de la

conducción.



FLUJO VARIADO SE CLASIFICA EN:


FLUJO GRADUALMENTE VARIADO Y

RAPIDAMENTE VARIADO.

En el flujo gradualmente variado, el

tirante cambia en forma gradual a lo

largo del canal.

En el flujo rápidamente variado

acontece lo contrario como es caso de

un resalto hidráulico.







En el flujo variado la variación puede

ser gradual o brusca, dando lugar al

flujo gradualmente variado y al flujorápidamente variado, respectivamente,

como puede apreciarse en el esquema

que sigue.





FLUJO UNIDIMENSIONAL,

BIDIMENSIONAL Y TRIDIMENSIONAL.

Un campo de flujo se caracteriza de la

mejor manera mediante la distribución

de velocidad y, por consiguiente, sedice que un flujo es unidimensional,

bidimensional o tridimensional si la

velocidad del flujo varía en una, dos otres dimensiones, respectivamente.







Estrictamente hablando el flujo es

siempre tridimensional. Sin embargo la

variación de la velocidad en ciertasdirecciones puede ser pequeña en

relación con la variación en otras y se

pueden ignorar con error despreciable.Por ejemplo al analizar el flujo en

tuberías y canales es conveniente

considerando el flujo unidimensional.







Sin embargo en algunos problemas en

canales se debe considerar la segunda

dimensión para describir el flujo,debiendo hacerse el estudio del f lujo

plano o bidimensional.





FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO

El movimiento intensamente ordenado

de un fluido, caracterizado por capas

No alteradas de éste se menciona

como laminar . La palabra laminarproviene del movimiento de partículas

juntas adyacentes del fluido, en

“láminas”.






El movimiento intensamente

desordenado de un fluido, que es

común se presenta a velocidades altas

y se caracteriza por fluctuaciones en la

velocidad se llama turbulento.






Un flujo que se alterna entre laminar y

turbulento se conoce como de

transición.






EXPERIMENTO DE REYNOLDS

Considérese una tubería de vidrio por

la que se hace pasar agua en

movimiento permanente, uniforme y

unidimensional. Si se inyecta uncolorante se apreciará que, si la

velocidad del escurrimiento es muy

baja, el colorante sigue unatrayectoria ordenada, rectilínea y

paralela (flujo laminar ). Ejem. Flujo en

el subsuelo






EXPERIMENTO DE REYNOLDSSi se incrementa la velocidad del

flujo se tendrá cierto desorden del

flujo laminar (flujo transitorio)






EXPERIMENTO DE REYNOLDSSi la velocidad del agua, en

cambio, tiene valores ordinarios,

se observara que el colorante semezcla por efecto de las

trayectorias desordenadas y

erráticas, (flujo turbulento).En la practica se tiene el flujo en

tuberías y canales con velocidades

ordinarias.






EXPERIMENTO DE REYNOLDS Experimentando con tuberías de

diferentes diámetros y con agua a

diferentes temperaturas, Reynoldspudo establecer un parámetro

adimensional, que relaciona las

fuerzas de inercia y viscosas, paradeterminar si el movimiento del

fluido es laminar o turbulento.







Donde:

V = velocidad media del escurrimiento

D = diámetro de la tubería

v = viscosidad cinemática




FLUJO LAMINAR Y TURBULENTOEXPERIMENTO DE REYNOLDS




DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO


El movimiento de un fluido queda

descrito cuando se está encondiciones de conocer:

1.El cambio de posición de una

partícula.

2.La variación de la velocidad en un

punto.





Hay dos formas de clásicas de

describir el movimiento de un fluido:

• Método de EULER

• Método de LAGRANGE




DESCRIPCION LAGRANGIANA

Identifica cada partícula determinada

del fluido y describe lo que sucede a

lo largo del tiempo.






Este enfoque se usa ampliamente en

la mecánica de solidos (ejem. Calculo

de la velocidad de un solido), en un

fluido en movimiento, identif icar yseguir el rastro de varias partículas es

virtualmente imposible.





DESCRIPCION EULERIANA

Fija su atención sobre un punto

particular (o región) en el espacio y

describe lo que sucede en ese punto ( o

dentro y en las fronteras de la región) alo largo del tiempo. Es usado

ampliamente en mecánica de fluidos

(ejem. La velocidad de un fluido a lasalida de una tubería, 3 segundos

después de haberse iniciado el flujo)




DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO DESCRIPCION EULERIANA: determinar

la velocidad, la presión, etc. En funciónde coordenadas de espacio y tiempo.




LINEAS DE CORRIENTE

La trayectoria de una partícula en un

fluido determina una línea de corriente.


Supongamos flujo

estacionario

La velocidad en cadapunto es constante en el

tiempo.



LINEAS DE CORRIENTE

Un patrón de líneas de flujo en un fluido

se dibuja de manera que la dirección dela velocidad instantánea de una

partícula en un punto cualquiera sea

tangente a la línea de flujo que pasa pordicho punto.

Las líneas de corriente están fijas ycoinciden con la trayectoria de las

partículas de fluido solo si el flujo es

estacionario. Ing. Nancy Zevallos Quispe



LINEAS DE CORRIENTE

En flujo no estacionario el patrón de

líneas de corriente cambia a medidaque transcurre el tiempo: la trayectoria

de las partículas individuales no

coincide con una línea de corriente enun instante dado, sino que la línea de

corriente y la trayectoria de una

partícula se tocan en ese punto, pero

luego se separan.




TUBO DE FLUJO

En un fluido en régimen estable se

entiende por tubo de flujo a una regióntubular que está formada por un número

finito de líneas de corriente que pasan

por un contorno de una superficie.


Vena liquida



REGIMEN SIN ROZAMIENTO

Se dice que el régimen de movimiento

es el de BERNUOLLI O REGIMEN SINROZAMIENTO cuando en un fluido

ideal que se mueve en régimen

estacionario, las líneas de corriente nose entrecruzan y todos los puntos de

una pequeña sección perpendicular a

un tubo de corriente se mueven con la

misma velocidad.




CLASIFICACION


ECUACIONES BASICAS EN DINAMICA



ECUACIONES BASICAS EN DINAMICA

DE FLUIDOS


La dinámica de fluidos esta gobernada

por un cierto numero de leyes básicas,

de entre las cuales consideraremos la

ley de conservación de masa y la ley de

conservación de energía.

Aplicaremos dichas leyes al caso de un

fluido real e incompresible que fluye en

régimen estacionario a través de unconducto.



Principio de conservación de la masa


Este principio para un volumen de

control se puede expresar como: latransferencia neta de masa hacia dentro

un volumen de control, o hacia fuera de

éste durante un intervalo t es igual alcambio neto (aumento o disminución)

en la masa total que está dentro de ese

volumen en el transcurso de t; es decir:



Principio de conservación de la masa


Principio deconservación de la

masa para una tina

común de baño.



ECUACION DE CONTINUIDAD


La ley de conservación de la masa se

expresa mediante la ecuación de

continuidad.

CONCEPTOS PREVIOS

CAUDAL O GASTO: Es el volumen de

flujo de fluido que pasa por una secciónpor unidad de tiempo.

v: velocidad promedio del flujo

A: área de la sección transversal





Si un fluido fluye desde la sección 1

hacia la sección 2 con rapidezconstante, es decir, si la cantidad de

fluido que pasa por cualquier sección

en un cierto tiempo dado es constante,entonces la masa de fluido que pasa por

la sección 2 en un tiempo dado debe ser

la misma que la que fluye por la sección

1 , en el mismo tiempo. Entre las

secciones 1 y 2 no hay ni generación ni

acumulación de masa por unidad de

tiempo, esto es:





La rapidez es mayor (menor) donde el

tubo es más angosto (ancho) y como la

masa se conserva, la misma cantidad

de fluido que entra por un lado del tubo

es la que sale por el otro lado, en el

mismo intervalo de tiempo.





Si el fluido que circula entre las

secciones 1 y 2 es incompresible

(ρ1=ρ2), la ecuación de continuidad

se expresa por:




Esta se llama ecuación de continuidad,

representa la conservación de la masa:

significa que la masa no puede sercreada ni destruida, sólo se puede

transformar, similar a la conservación

de la energía.

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