Fundamentos de la Mecánica de Fluidos y sus Principios Físicos

Definición y Propiedades de los Fluidos

Un fluido es cualquier sustancia capaz de fluir o que, al aplicar un esfuerzo cortante, se moverá. Se denomina así a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas partículas solo hay una fuerza de atracción débil.

Características Principales

• Movimiento: Presentan un movimiento no acotado de las moléculas.
• Deformación: Son infinitamente deformables.
• Compresibilidad: Todos los fluidos son compresibles en cierto grado.
• Densidad: Se define como su masa por unidad de volumen.
• Viscosidad: Es la facilidad con que el fluido cede al esfuerzo.

Conceptos de Presión e Hidrostática

La presión es la fuerza de compresión normal por unidad de área que actúa sobre una superficie sumergida en un fluido.

Leyes y Principios Fundamentales

• Principio de Arquímedes: Si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, este ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el mismo.
• Metacentro: Es el punto de intersección del plano diametral del buque con la vertical que pasa por el centro de presión.
• Ley de Pascal: La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente.
• Presión atmosférica: Es la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire que forma la atmósfera sobre la superficie terrestre.
• Fuerza hidrostática: Es la fuerza que ejerce un líquido que se encuentra en reposo sobre una superficie.

Dinámica de Fluidos e Hidrodinámica

El Fluido Ideal y su Comportamiento

Un fluido ideal es aquel que es incompresible y que no presenta rozamiento interno o viscosidad.

• Líneas de corriente: Son curvas cuya tangente es paralela al vector velocidad para cada punto e instante.
• Tubos de corriente: Es la parte de un flujo delimitada por líneas de corriente. En un tubo con un fluido ideal, se conserva la masa, la cantidad de movimiento y la energía.

La Ecuación de Bernoulli

La Ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Establece que, en un fluido ideal en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante en su recorrido.

Tipos de Presión en el Flujo

• Presión estática: Es la presión de funcionamiento de la tubería.
• Presión dinámica.
• Presión de estancamiento: Es la suma de la presión cinética y la estática; la suma de ambas es igual a la presión total.

Fenómenos Físicos Adicionales

El Efecto Magnus es un fenómeno físico por el cual la rotación de un objeto afecta su trayectoria a través de un fluido, como el aire. Por otro lado, la tensión superficial es la propiedad que hace que la superficie de un líquido actúe como una membrana en tensión.

Efectos de la Reducción de Sección

Reducir la sección de una tubería provoca que la velocidad del fluido aumente para mantener el mismo caudal. Según el principio de Bernoulli, al aumentar la velocidad, la presión disminuye en esa zona. Esto puede causar pérdidas de presión y turbulencias.