Mecánica de Fluidos: Propiedades, Hidrodinámica y Teoremas Fundamentales

Mecánica de Fluidos

Tensión Superficial

Definición: Propiedad de los líquidos en reposo que se origina por la acción de las fuerzas de atracción entre las moléculas, tanto en la superficie como en el interior del líquido.

Medición: Se mide con un dinamómetro. Al subir un anillo en contacto con la superficie del líquido hasta que se rompe la unión, la fuerza necesaria para romperla es la tensión superficial.

Se define como la razón entre la fuerza superficial y la longitud a lo largo de la cual actúa esta fuerza.

Capilaridad

Fuerza de Cohesión: Atracción entre las moléculas de la misma sustancia.

Fuerza de Adhesión: Atracción entre moléculas de distintas sustancias.

Al introducir un tubo de vidrio en agua, esta comenzará a subir debido a la fuerza de adhesión. La altura que alcance dependerá del diámetro interior del tubo.

El líquido dentro del capilar asciende hasta que el peso del líquido sea de igual magnitud, pero en sentido contrario a la fuerza de adhesión.

A menor diámetro interior del capilar, mayor altura alcanzará el líquido.

También se relaciona con la capacidad de absorción de algunos materiales.

Hidrodinámica: Estudio de los Líquidos en Movimiento

Tipos de Flujo

• Flujo Laminar: Las moléculas del líquido se mueven siguiendo un movimiento rectilíneo.
• Flujo Turbulento: Las moléculas se mueven con distinta dirección y velocidad, sin ningún orden. Las causas son los obstáculos que las desvían y cambian la dirección, generando desorden.
• Flujo Compresible: Varía su volumen durante el movimiento, por lo que su densidad también varía.
• Flujo Incompresible: Mantiene su volumen y densidad constantes.
• Flujo Estacionario: La velocidad del fluido en un tiempo determinado no varía.

Fluido Ideal: Incompresible, laminar, estacionario y no viscoso.

Caudal (Q)

Cantidad de volumen de un fluido que atraviesa una sección transversal de una tubería por unidad de tiempo.

Caudal Másico (Qm): Cantidad de masa que atraviesa una sección transversal de una tubería por unidad de tiempo.

Qm = m/t

Continuidad

La velocidad es mayor en zonas donde el fluido ocupa menor área, y es menor donde ocupa mayor área.

Bifurcaciones

(Se necesita más información para desarrollar esta sección)

Teorema de Bernoulli

• La presión en el sector más ancho de una tubería es mayor que en el sector más angosto.
• Donde disminuye la velocidad, la presión aumenta, y donde aumenta la velocidad, la presión disminuye.
• El trabajo realizado sobre el fluido es igual a la variación de su energía mecánica: W = P * vol.
• Sostiene que en un fluido la suma de la presión, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen se mantiene constante a lo largo de una línea de corriente.

Teorema de Torricelli

Consiste en calcular la velocidad de escape de un líquido confinado en un recipiente, en el cual se ha hecho un pequeño orificio. "La velocidad de salida de un fluido por un orificio es la misma que adquiere un cuerpo que cae libremente, partiendo del reposo desde una altura h".

Tubo de Venturi

Consiste en un tubo horizontal al cual se le ha hecho un estrechamiento en forma gradual. Se utiliza para medir la velocidad en el interior de un fluido a partir de las diferencias de presión entre el sector más ancho y el más angosto del tubo.

Tubo de Pitot

Consiste en un tubo delgado que se introduce dentro de un fluido en movimiento. Al aplicar el teorema de Bernoulli, permite determinar la presión total en un punto o, de manera indirecta, la velocidad del fluido.