Definición y Clasificación de la Mecánica de Fluidos

La mecánica estudia el comportamiento de los cuerpos en reposo o en movimiento.

La mecánica de fluidos es una ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en reposo o en movimiento y su interacción con sólidos u otros fluidos en sus fronteras.

Clasificación de la Mecánica de Fluidos

• Hidrodinámica: Estudia fluidos incompresibles.
• Hidráulica: Flujo de líquidos en tubos y canales cubiertos.
• Aerodinámica: Flujo de gases sobre aviones, cohetes y automóviles a altas velocidades.
• Dinámica de gases: Flujo de fluidos que experimentan cambios significativos de densidad.

Concepto de Fluido

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente bajo la influencia de un esfuerzo cortante, sin importar cuán pequeño sea este. En los fluidos, el esfuerzo es proporcional a la razón de la deformación.

Comportamiento de un Fluido Bajo Esfuerzo Cortante

Cuando se aplica un esfuerzo cortante a un fluido, la capa superior en contacto con la placa se mueve continuamente a la misma velocidad que la placa, sin importar la magnitud de la fuerza. A mayor profundidad, la velocidad del fluido disminuye debido a la fricción entre sus capas.

Historia de la Mecánica de Fluidos

• 283-133 a.C.: Tuberías de plomo y arcilla.
• 285-212 a.C.: Principio de Arquímedes y construcción de acueductos romanos.
• Edad Media: Bomba de émbolo para minas, rueda hidráulica y molino de viento.
• Renacimiento: Torricelli y Benedetto Castelli enuncian el principio de continuidad para fluidos.
• Newton: Estudio de la inercia y resistencia de fluidos, chorros libres y viscosidad.
• Daniel Bernoulli: Ecuaciones de energía y cantidad de movimiento.
• Jean D’Alembert: Componentes de velocidad y aceleración.
• Jean Poiseuille: Flujo en tubos capilares.
• Gothilt Hagen: Flujo laminar y turbulento.
• Navier-Stokes: Ecuaciones de movimiento de fluidos con fricción.
• Clemente Herschel: Medidor de Venturi.

Propiedades de los Fluidos

Propiedades Intensivas y Extensivas

• Intensivas: Independientes de la masa del sistema (ej: densidad, viscosidad, temperatura). Se representan con letras mayúsculas.
• Extensivas: Dependen de la extensión o tamaño del sistema (ej: masa total, volumen total, momento total). Se representan con letras minúsculas.

Propiedades Específicas

Son propiedades extensivas por unidad de masa. Ejemplos: volumen específico (v = V/m) y energía total específica (e = E/m).

Postulado de Estado

El estado de un sistema simple compresible está completamente especificado por dos propiedades intensivas e independientes.

Temperatura

La temperatura es el promedio de la energía cinética de las moléculas (partículas) de un objeto o sustancia.

Escalas de Temperatura

• Celsius (°C): 0-100 °C
• Fahrenheit (°F): 32-212 °F
• Kelvin (K): 273.15-373.15 K

Densidad, Peso Específico y Volumen Específico

Densidad (ρ): Cantidad de masa en un volumen determinado (ρ = m/V).

Peso específico: (Definición pendiente, se debe completar).

Volumen específico: (Definición pendiente, se debe completar).

Capilaridad y Tensión Superficial

Capilaridad: Fenómeno por el cual un líquido asciende o desciende en un tubo capilar debido a la interacción entre las fuerzas adhesivas y cohesivas.

Tensión superficial: Propiedad de un líquido que hace que su superficie actúe como una membrana elástica debido a las fuerzas cohesivas entre sus moléculas.

Compresibilidad

La compresibilidad es la propiedad de un material o fluido que indica cómo su densidad afecta directamente a su velocidad.

Viscosidad

Viscosidad: Propiedad que representa la resistencia interna de un fluido a moverse.

Viscosidad cinemática: (Definición pendiente, se debe completar).

Esfuerzo tangencial: (Definición pendiente, se debe completar).

Clasificación de los Flujos de Fluidos

1. Respecto a Regiones Viscosas y No Viscosas

• Flujos viscosos: Donde los efectos de la fricción son significativos.
• Flujos no viscosos: En regiones lejanas a las superficies sólidas, donde las fuerzas viscosas son despreciables respecto a la inercia o presión.

2. Flujo Interno y Externo

• Interno: Flujo en tubos o ductos, confinado por superficies.
• Externo: Flujo no limitado por superficies.

3. Flujo Compresible e Incompresible

Incompresible: La densidad permanece constante a lo largo de todo el flujo.

4. Flujo Laminar, Turbulento y de Transición

• Laminar: Ordenado, por capas (láminas), alta viscosidad, bajas velocidades.
• Turbulento: Desordenado, altas velocidades, baja viscosidad.
• De transición: Alterna entre laminar y turbulento.

5. Flujo Natural y Forzado

• Natural: No requiere medios externos; fluye por flotación o gravedad.
• Forzado: Fluye por medios externos, como bombas.

6. Flujo Estacionario y No Estacionario

• Estacionario: Las propiedades del fluido permanecen constantes en cualquier punto fijo (ej: turbinas, compresores).
• No estacionario: Las propiedades varían con el tiempo.

7. Flujo Unidimensional, Bidimensional y Tridimensional

Depende de la distribución de la velocidad en una, dos o tres dimensiones.

8. Flujo Uniforme y No Uniforme

(Definición pendiente, se debe completar).

Fechas Importantes en la Historia de la Ciencia

• 15 de febrero: Natalicio de Galileo Galilei.
• 17 de febrero: Aniversario de Giordano Bruno.
• 19 de febrero: Natalicio de Nicolás Copérnico.