Cinemática de Fluidos: Conceptos Básicos y Tipos de Flujo, Diapositivas de Mecánica de Fluidos

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 LA CINEMÁTICA DE LOS LÍQUIDOS TRATA EL

MOVIMIENTO DE LAS PARTÍCULAS, SIN CONSIDERAR

LA MASA NI LAS FUERZAS QUE ACTÚAN, EN BASE AL

CONOCIMIENTO DE LAS MAGNITUDES CINEMÁTICAS:

VELOCIDAD, ACELERACIÓN Y ROTACIÓN

 Las magnitudes físicas de los campos escalares y vectoriales de un campo de flujo son - en general - funciones de punto y del tiempo, ya que su magnitud puede variar no solo de un punto a otro sino también, en un punto fijo, de un instante a otro.  Las magnitudes fundamentales intervinientes en la cinemática son la longitud (L) y el tiempo (T), de las que se derivan la velocidad (V) y la aceleración (a).

MOVIMIENTO Y VELOCIDAD

 el movimiento, se define por la velocidad, que es una magnitud vectorial.  En los sólidos para conocer la velocidad de un cuerpo, bastara conocer la velocidad de 3 puntos no alineados

t 0

t

t

En efecto supongamos un ladrillo sólido que contiene una masa

m, en el tiempo t 0 , y en los tiempos t1 y t 2 el ladrillo ha

cambiado de posición, de cantidad de movimiento y de energía,

que pueden describirse mediante las leyes simples de la

mecánica de los sólidos.

t 0 t 1 t (^2) Sin embargo, la situación en la mayoría de los casos de la dinámica de los fluidos no es tan simple.

En el caso de la figura 3.1 b representa el mismo “ladrillo” que en la figura 3.1 a pero es este caso

compuesto por un cierto numero de partículas fluidas

Cuando ocurre el movimiento de las partículas fluidas, el

movimiento en los tiempos subsecuentes t1 y t 2 se vuelven

desordenados. Las partículas pierden contacto entre si, cambian

su orientación y posición y rápidamente se mezclan entre otros

paquetes de fluidos de sus alrededores.

FORMAS DE ESCURRIMIENTOS

 Escurrimiento a chorro o laminas liquidas

 Se produce cuando la masa liquida escurre envuelta en todo su perímetro, por un gas, otra masa liquida o la misma masa liquida

CLASIFICACIÓN DE LOS ESCURRIMIENTOS Resumen de la Clasificacion de los Escurrimientos Las Prop.Fisicas La Forma TRIDIMENSIONAL (^) BIDIMENSIONAL (^) UNIDIMENSIONAL TRIDIMENSIONAL BIDIMENSIONAL UNIDIMENSIONAL Las fuerzas elasticas El comportamiento de la particula Variacion en t ejes de referencia Según: variacion en distancia A PRESION IRROTACIONAL ROTACIONAL PERMANENTE IMPERMANENTE UNIFORME VARIADO INCOMPRESIBLE Liq. PERFECTO LAMINAR TURBULENTO PERMANENTE IMPERMANENTE UNIFORME VARIADO INCOMPRESIBLE COMPRESIBLE LIQ. REAL SUPERFICIE LIBRE CHORRO O VENA ESCURRIMIENTOS DE LIQUIDOS

SEGÚN EL COMPORTAMIENTO DE LAS PARTÍCULAS:

 Los escurrimientos de líquidos perfectos pueden ser rotacionales o irrotacionales. Cuando en un escurrimiento el campo ROT V posee valores distintos de cero el escurrimiento se denomina rotacional caso contrario será irrotacional  Los escurrimientos de los líquidos reales pueden ser laminares o turbulentos, en el primer caso el movimiento de las partículas se produce siguiendo trayectorias separadas perfectamente definidas - no necesariamente paralelas - sin existir mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas

SEGÚN LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS FUERZAS ELÁSTICAS

 Un flujo se considera incompresible si los cambios de densidad de un punto a otro se consideran despreciables; en caso contrario el flujo es compresible.   Los liquidos y gases a bajas velocidades pueden ser considerados incompresibles.  En la practica solo en los problemas de golpe de ariete es necesario considerar el flujo de un al liquido como compresible.

SEGÚN LAS VARIACIONES DE LAS CARACTERÍSTICAS EN UN PUNTO A LO LARGO DEL TIEMPO  Estas características pueden ser la velocidad, la densidad, la viscosidad, etc. pero en general el concepto se restringe a la variación de al velocidad.   Tanto en los líquidos perfecto como los reales pueden ser PERMANENTES (ESTACIONARIOS) O IMPERMANENTES (NO PERMANENTES).  Los escurrimientos son permanentes, cuando la aceleración local es nula, es decir  v / t = 0  . Por el contrario cuando la velocidad en un punto dado del campo varia con el tiempo, el escurrimiento es impermanente, es decir v / t ≠ 0

FLUJO GRADUALMENTE O RAPIDAMENTE VARIADO

SEGUN LOS EJES DE REFERENCIA

 Tanto los líquidos perfectos como los reales pueden clasificarse en tridimensional, bidimensional y unidimensional.   Un escurrimiento es tridimensional, cuando sus características varían en el espacio, o sea los gradientes del escurrimiento existen en las tres direcciones.   Un escurrimiento es bidimensional cuando sus características, son idénticas sobre una familia de planos paralelos, no habiendo componentes en dirección perpendicular a dichos planos, o bien permanecen constantes; es decir que el escurrimiento tiene gradientes de velocidad o presión (o tiene ambas) en dos direcciones solamente.   Un escurrimiento de un liquido es unidimensional, cuando sus características varia como funciones del tiempo y de una coordenada, usualmente la distancia medida a lo largo de la conducción.   El escurrimiento de un liquido real no puede ser completamente unidimensional, ya que la velocidad en un contorno sólido es igual a cero ( hipótesis de Meyer), pero en otro punto es distinto de cero; Sin embargo bajo la consideración de valores medios de las características en cada sección se puede considerar unidimensional.   ESTA HIPÓTESIS ES LA MAS IMPORTANTE EN HIDRÁULICA, POR LAS SIMPLIFICACIONES QUE TRAE CONSIGO (^20)