Mecanica de Fluidos

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Prólogo Índice 1. Introducción a la Mecánica de Fluidos. Propiedades de los fluidos 1.1 Introducción. Fluido desde el punto de vista molecular 1.2 Fluido desde el punto de vista termodinámico 1.3 Fluido desde el punto de vista mecánico 1.4 Aproximación del continuo 1.5 Equilibrio termodinámico local 1.6 Propiedades de los fluidos 1.6.1 Módulo de elasticidad 1.6.2 Coeficiente de expansión térmica 1.6.3 Colofón sobre módulo de elasticidad y coeficiente de expansión térmica 1.6.4 Tensión superficial 1.6.5 Definición de viscosidad Problema 1 Problema 2 Problema 3 Problema 4 2. Cinemática de fluidos 2.1 Concepto de derivada sustancial, material o total 2.2 Concepto de flujo convectivo a través de una superficie 2.3 Concepto de Circulación 2.4 Líneas de corriente, trayectoria y traza 2.4.1 Líneas de Senda o Trayectoria 2.4.2 Líneas de Traza 2.4.3 Líneas de Corriente 2.4.4 Concepto de línea fluida 2.5 Concepto de vorticidad e irrotacionalidad 2.6 Estudio cinemático del movimiento de una partícula Problema 5 Problema 6 Problema 7 Problema 8 3. Estática de fluidos 3.1 Ecuación diferencial de la estática de fluidos 3.2 Ecuación diferencial del movimiento del fluido como sólido rígido 3.3 Ecuación diferencial del movimiento del fluido como sólido rígido, coordenadas cilíndricas 3.4 Fuerzas sobre superficies planas 3.5 Fuerzas sobre superficies curvas 3.6 Fuerzas sobre volúmenes sumergidos Problema 9 Problema 10 Problema 11 Problema 12 4. Ecuaciones fundamentales de la Mecánica de Fluidos. Ecuación de continuidad 4.1 Introducción. Ecuación de transporte de Reynolds 4.2 Ecuación de continuidad de la masa en forma integral 4.2.1 Ecuación de continuidad, en modo diferencial Problema 13 Problema 14 Problema 15 Problema 16 Problema 17 Problema 18 Problema 19 5. Ecuaciones fundamentales. Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento 5.1 Forma integral 5.2 Forma diferencial de la ecuación de cantidad de movimiento 5.3 Ecuación de cantidad de movimiento en forma integral y para sistemas no inerciales de coordenadas 5.4 Ecuación de cantidad de movimiento en forma diferencial para sistemas no inerciales Problema 20 Problema 21 Problema 22 Problema 23 Problema 24 Problema 25 Problema 26 Problema 27 Problema 28 Problema 29 Problema 30 Problema 31 6. Ecuaciones fundamentales. Ecuación del momento de la cantidad demovimiento, momento cinético 6.1 Ecuación del momento cinético para sistemas inerciales de coordenadas 6.2 Aplicación de la ecuación del momento cinéticoa turbomáquinas 6.3 Ecuación de momento cinético para sistemas no inerciales de coordenadas Problema 32 Problema 33 Problema 34 Problema 35 Problema 36 7. Ecuaciones fundamentales. Ecuación de conservación de la energía 7.1 Introducción 7.2 Composición del término trabajo 7.3 Ecuación de la energía para turbomáquinas, caso máquinas térmicas e hidráulicas 7.4 Forma diferencial de la ecuación de la energía Problema 37 Problema 38 Problema 39 Problema 40 8. Flujo con viscosidad dominante 8.1 Flujo entre dos placas paralelas 8.2 Flujos independientes del tiempo 8.2.1 Flujo de Couette - Poiseulle plano 8.2.2 Flujo de Couette. 8.2.3 Flujo de Hagen-Poiseulle o Poiseulle plano 8.3 Flujo dependiente del tiempo 8.3.1 Flujo de Rayleich 8.4 Flujo estacionario en conductos circulares 8.4.1 Flujo de Poiseulle 8.5 Concepto de pendiente motriz 8.6 Flujo en un conducto anular 8.6.1 Considérese ahora el caso en que ambos cilindros son estacionarios pero existe una diferencia de presión entre los extremos de los cilindros 8.6.2 Caso genérico de flujo entre dos cilindros concéntricos, en donde existe desplazamiento en dirección axial de ambos cilindros y gradiente de presiones entre extremos de los cilindros 8.7 Flujo entre cilindros concéntricos giratorios 8.8 Flujos con aceleración despreciable 8.8.1 Introducción 8.8.2 Teoría de la lubricación de Reynolds. Flujo unidireccional. 8.8.3 Flujos con aceleración despreciable. Cojinetes cilíndricos cargados estáticamente Problema 41 Problema 42 Problema 43 Problema 44 Problema 45 Problema 46 Problema 47 Problema 48 Problema 49 Problema 50 Problema 51 Problema 52 Problema 53 Problema 54 Problema 55 9. Análisis adimensional 9.1 Introducción 9.2 Fundamentos del análisis adimensional 9.3 Teorema de π ó Buckingham 9.3.1 Caso de cálculo de las pérdidas de energia en una tubería 9.4 Extensión del ejemplo utilizando el método matricial 9.5 Método de normalización de las ecuaciones o método del análisis inspeccional 9.6 Algunos de los grupos adimensionales más comunes en Mecánica de Fluidos son: 9.7 Pruebas con modelos, extrapolación de resultados Problema 56 Problema 57 Problema 58 Problema 59 Problema 60 10. Flujo interno 10.1 Introducción 10.2 Tipos de flujo 10.3 Establecimiento de flujo en un conducto 10.4 Primera ley de la termodinámica aplicada al flujo en tuberías 10.5 El término de pérdidas 10.6 Pérdidas menores o singulares 10.7 Casos posibles de problemas en sistemas de tuberías 10.8 Conductos en serie y en paralelo, y conductos ramificados 10.8.1 Características de los sistemas en serie 10.8.2 Características de los sistemas en paralelo 10.9 Concepto de longitud equivalente 10.10 Conductos no circulares. Concepto de diámetro hidráulico 10.11 Sistemas de conductos ramificados Problema 61 Problema 62 Problema 63 Problema 64 Problema 65 11. Capa límite, flujo externo, flujo potencial 11.1 Capa límite 11.1.1 Introducción 11.1.2 Efectos de la capa límite sobre el flujo, concepto de espesor de desplazamiento de la capa límite 11.1.3 Concepto de espesor de cantidad de movimiento para la capa límite 11.1.4 Ecuación diferencial de Prandtl para el análisis de la capa límite 11.1.5 Ecuación integral de cantidad de movimiento para la capa límite. Ecuación de Von Karman 11.1.6 Evaluación de los parámetros de la capa límite para el flujo sobre una placa plana 11.2 Flujo externo 11.2.1 Introducción 11.2.2 Fuerzas de resistencia y sustentación sobre cuerpos inmersos en un fluido 11.2.3 Conceptos de vórtice libre y vórtice forzado 11.2.4 El teorema de Kutta-Joukowsky (válido para flujo subsónico) 11.2.5 Efecto Magnus 11.3 Introducción al Flujo Potencial 11.3.1 Ecuaciones de Euler y Bernoulli 11.3.2 Concepto de potencial de velocidades y función de corriente Problema 66 Problema 67 Problema 68 Problema 69 Problema 70 Problema 71 Problema 72 12. Golpe de ariete 12.1 Fenómeno físico 12.2 Expresiones para obtener el valor de la presión máxima o sobrepresión en el conducto 12.3 Estudio temporal de las perturbaciones de presión en un punto genérico del conducto 12.4 Ecuaciones diferenciales que caracterizan el fenómeno del golpe de ariete 12.4.1 Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento 12.4.2 Ecuación de continuidad 12.4.3 Modificación de las ecuaciones de continuidad y cantidad de movimiento para que puedan ser aplicadas a transitorios y conductos deformables 12.4.4 Simplificación de las ecuaciones de continuidad y cantidad de movimiento en régimen transitorio Problema 73 Problema 74 13. Flujo compresible 13.1 Relaciones termodinámicas 13.2 Concepto de propiedades de estancamiento 13.3 Estudio de la propagación de una onda débil en un fluido compresible. Concepto de velocidad del sonido y el número de Mach. Límite de incompresibilidad 13.4 Relación entre el número de Mach y las propiedades de estancamiento del fluido 13.5 El cono de Mach 13.6 Características de las ondas de choque 13.7 Estudio del flujo isentrópico y estacionario para un gas ideal 13.8 Condiciones críticas 13.9 Flujo unidimensional de un fluido comprensible evolucionando a lo largo de un conducto de sección variable 13.9.1 Concepto de caudal de bloqueo 13.9.2 Evolución del flujo en una tobera convergente 13.9.3 Evolución del flujo en una tobera convergente divergente 13.10 Flujo compresible unidimensional estacionario enconductos de sección constante 13.10.1 Flujo adiabático sin transferencia de calor y con fricción, flujo de Fanno 13.10.2 Flujo compresible isotérmico con fricción en una conducción larga de sección constante 13.10.3 Flujo compresible estacionario con transferencia de calor y sin fricción. Flujo de Rayleigh Problema 75 Problema 76 Problema 77 Problema 78 Problema 79 Problema 80 Problema 81 Nomenclatura Bibliografía