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flujos permanentes y no permanentes. flujo laminar, turbulento....
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7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-de-fluidos-1 1/49
MECANICA DE FLUIDOS I
DIN MIC DE
FLUIDOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
E.P. ING. CIVIL
Docente: Ing. Nancy Zevallos Quispe
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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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
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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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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DINAMICA DE FLUIDOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
El interés se centra en el flujo del
agua a través de tuberías y canales.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO PERMANENTE Y NO
PERMANENTE.
El flujo en un canal es permanece si el
tirante permanece constante en
cualquier instante o en un lapsoespecificado.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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.
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FLUJO VARIADO SE CLASIFICA EN:
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO GRADUALMENTE VARIADO Y
RAPIDAMENTE VARIADO.
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.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO GRADUALMENTE VARIADO Y
RAPIDAMENTE VARIADO.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO UNIDIMENSIONAL,
BIDIMENSIONAL Y TRIDIMENSIONAL.
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.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO UNIDIMENSIONAL,
BIDIMENSIONAL Y TRIDIMENSIONAL.
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.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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”.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
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.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
Un flujo que se alterna entre laminar y
turbulento se conoce como de
transición.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
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
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
EXPERIMENTO DE REYNOLDS
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
EXPERIMENTO DE REYNOLDSSi se incrementa la velocidad del
flujo se tendrá cierto desorden del
flujo laminar (flujo transitorio)
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
EXPERIMENTO DE REYNOLDS
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
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.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
EXPERIMENTO DE REYNOLDS
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
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.
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
EXPERIMENTO DE REYNOLDS
Donde:
V = velocidad media del escurrimiento
D = diámetro de la tubería
v = viscosidad cinemática
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CLASIFICACION DE FLUJOS
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTOEXPERIMENTO DE REYNOLDS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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CLASIFICACION DE FLUJOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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.
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DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO
Ing. Nancy Zevallos Quispe
Hay dos formas de clásicas de
describir el movimiento de un fluido:
• Método de EULER
• Método de LAGRANGE
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DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO
DESCRIPCION LAGRANGIANA
Identifica cada partícula determinada
del fluido y describe lo que sucede a
lo largo del tiempo.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO
DESCRIPCION LAGRANGIANA
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO
DESCRIPCION LAGRANGIANA
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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO
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)
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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DESCRIPCION DEL MOVIMIENTO DESCRIPCION EULERIANA: determinar
la velocidad, la presión, etc. En funciónde coordenadas de espacio y tiempo.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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LINEAS DE CORRIENTE
La trayectoria de una partícula en un
fluido determina una línea de corriente.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
Supongamos flujo
estacionario
La velocidad en cadapunto es constante en el
tiempo.
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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
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
Vena liquida
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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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.
Ing. Nancy Zevallos Quispe
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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CLASIFICACION
Ing. Nancy Zevallos Quispe
ECUACIONES BASICAS EN DINAMICA
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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ECUACIONES BASICAS EN DINAMICA
DE FLUIDOS
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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.
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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Principio de conservación de la masa
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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:
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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Principio de conservación de la masa
Ing. Nancy Zevallos Quispe
Principio deconservación de la
masa para una tina
común de baño.
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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ECUACION DE CONTINUIDAD
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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ECUACION DE CONTINUIDAD
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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:
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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ECUACION DE CONTINUIDAD
Ing. Nancy Zevallos Quispe
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.
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
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ECUACION DE CONTINUIDAD
Ing. Nancy Zevallos Quispe
Si el fluido que circula entre las
secciones 1 y 2 es incompresible
(ρ1=ρ2), la ecuación de continuidad
se expresa por:
7/21/2019 Dinamica de Fluidos (1)
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-de-fluidos-1 49/49
ECUACION DE CONTINUIDAD
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.