Mecánica de fluidos.

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Cover Contenido Prefacio Multimedia Mecánica de Fluidos Nomenclatura 1 Consideraciones básicas 1.1 INTRODUCCIÓN 1.2 DIMENSIONES, UNIDADES Y CANTIDADES FÍSICAS 1.3 CONCEPTO DE MEDIO CONTINUO DE GASES Y LÍQUIDOS 1.4 ESCALAS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA 1.5 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 1.5.1 Densidad y peso específico 1.5.2 Viscosidad 1.5.3 Compresibilidad 1.5.4 Tensión superficial 1.5.5 Presión de vapor 1.6 LEYES DE CONSERVACIÓN 1.7 PROPIEDADES Y RELACIONES TERMODINÁMICAS 1.7.1 Propiedades de un gas ideal 1.7.2 Primera ley de la termodinámica 1.7.3 Otras cantidades termodinámicas 1.8 RESUMEN PROBLEMAS DE REPASO FUNDAMENTALES PARA UN EXAMEN DE INGENIERÍA PROBLEMAS 2 Estática de fluidos 2.1 INTRODUCCIÓN 2.2 PRESIÓN EN UN PUNTO 2.3 VARIACIÓN DE PRESIÓN 2.4 FLUIDOS EN REPOSO 2.4.1 Presiones en líquidos en reposo 2.4.2 Presiones en la atmósfera 2.4.3 Manómetros 2.4.4 Fuerzas sobre áreas planas 2.4.5 Fuerzas sobre superficies curvas 2.4.6 Flotabilidad 2.4.7 Estabilidad 2.5 RECIPIENTES LINEALMENTE ACELERADOS 2.6 RECIPIENTES GIRATORIOS 2.7 RESUMEN PROBLEMAS DE REPASO FUNDAMENTALES PARA UN EXAMEN DE INGENIERÍA PROBLEMAS 3 Introducción al movimiento de fluidos 3.1 INTRODUCCIÓN 3.2 DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO DE FLUIDOS 3.2.1 Descripciones lagrangianas y eulerianas del movimiento 3.2.2 Líneas de trayectoria, líneas fugaces y líneas de corriente 3.2.3 Aceleración 3.2.4 Velocidad angular y vorticidad 3.3 CLASIFICACIÓN DE LOS FLUJOS DE FLUIDO 3.3.1 Flujos en una, dos y tres dimensiones 3.3.2 Flujos viscosos e inviscidos 3.3.3 Flujos laminar y turbulento 3.3.4 Flujos incompresibles y compresibles 3.4 LA ECUACIÓN DE BERNOULLI 3.5 RESUMEN PROBLEMAS DE REPASO FUNDAMENTALES PARA UN EXAMEN DE INGENIERÍA PROBLEMAS 4 Formas integrales de las leyes fundamentales 4.1 INTRODUCCIÓN 4.2 LAS TRES LEYES BÁSICAS 4.3 TRANSFORMACIÓN DE UN SISTEMA A UN VOLUMEN D ECONTROL 4.4 CONSERVACIÓN DE LA MASA 4.5 ECUACIÓN DE LA ENERGÍA 4.5.1 Término de la rapidez de realización de trabajo 4.5.2 Ecuación general de la energía 4.5.3 Flujo permanente uniforme 4.5.4 Flujo permanente no uniforme 4.6 ECUACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO 4.6.1 Ecuación general de la cantidad de movimiento 4.6.2 Flujo permanente uniforme 4.6.3 Ecuación de la cantidad de movimiento aplicada a deflectores 4.6.4 Ecuación de la cantidad de movimiento aplicada a hélices 4.6.5 Flujo permanente no uniforme 4.6.6 Marcos de referencia no inerciales 4.7 ECUACIÓN DEL MOMENTO DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO 4.8 RESUMEN PROBLEMAS DE REPASO FUNDAMENTALES PARA UN EXAMEN DE INGENIERÍA PROBLEMAS 5 Formas diferenciales de las leyes fundamentales 5.1 INTRODUCCIÓN 5.2 ECUACIÓN DIFERENCIAL DE CONTINUIDAD 5.3 ECUACIÓN DIFERENCIAL DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO 5.3.1 Formulación general 5.3.2 Ecuación de Euler 5.3.3 Ecuaciones de Navier-Stokes 5.3.4 Ecuaciones de vorticidad 5.4 ECUACIÓN DIFERENCIAL DE LA ENERGÍA 5.5 RESUMEN PROBLEMAS 6 Análisis dimensional y similitud 6.1 INTRODUCCIÓN 6.2 ANÁLISIS DIMENSIONAL 6.2.1 Motivación 6.2.2 Repaso de dimensiones 6.2.3 Teorema π de Buckingham 6.2.4 Parámetros adimensionales comunes 6.3 SIMILITUD 6.3.1 Información general 6.3.2 Flujos confinados 6.3.3 Flujos con superficie libre 6.3.4 Flujos con números de Reynolds altos 6.3.5 Flujos compresibles 6.3.6 Flujos periódicos 6.4 ECUACIONES DIFERENCIALES NORMALIZADAS 6.5 RESUMEN PROBLEMAS DE REPASO FUNDAMENTALES PARA UN EXAMEN DE INGENIERÍA PROBLEMAS 7 Flujos internos 7.1 INTRODUCCIÓN 7.2 FLUJO DE ENTRADA Y FLUJO DESARROLLADO 7.3.1 Método elemental 7.3.2 Solución de las ecuaciones de Navier-Stokes 7.3 FLUJO LAMINAR EN UN TUBO 7.4 FLUJO LAMINAR ENTRE PLACAS PARALELAS 7.4.1 Método elemental 7.4.2 Solución de las ecuaciones de Navier-Stokes 7.4.3 Situación de flujo simplificado 7.5 FLUJO LAMINAR ENTRE CILINDROS GIRATORIOS 7.5.1 Método elemental 7.6 FLUJO TURBULENTO EN UN TUBO 7.6.1 Ecuación diferencial 7.6.2 Perfil de velocidad 7.6.3 Pérdidas en flujos desarrollados en tubos 7.6.4 Pérdidas en conductos no circulares 7.6.5 Pérdidas menores en flujos en tubos 7.6.6 Líneas de referencia hidráulica y de energía 7.6.7 Sistema de tuberías simple con una bomba 7.7 FLUJO UNIFORME TURBULENTO EN CANALES ABIERTOS 7.8 RESUMEN PROBLEMAS DE REPASO FUNDAMENTALES PARA UN EXAMEN DE INGENIERÍA PROBLEMAS 8 Flujos externos 8.1 INTRODUCCIÓN 8.2 SEPARACIÓN 8.3 FLUJO ALREDEDOR DE CUERPOS SUMERGIDOS 8.3.1 Coeficientes de arrastre 8.3.2 Formación de vórtices 8.3.3 Perfilado 8.3.4 Cavitación 8.3.5 Masa agregada 8.4 SUSTENTACIÓN Y RESISTENCIA AL AVANCE EN SUPERFICIES AERODINÁMICAS 8.5 TEORÍA DEL FLUJO POTENCIAL 8.5.1 Ecuaciones básicas de flujo 8.5.2 Soluciones simples 8.5.3 Superposición 8.6 TEORÍA DE LA CAPA LÍMITE 8.6.1 Antecedentes generales 8.6.2 Ecuación integral de Von Kármán 8.6.3 Solución aproximada de la capa límite laminar 8.6.4 Capa límite turbulenta: forma de la ley exponencial 8.6.5 Capa límite turbulenta: forma empírica 8.6.6 Ecuaciones para la capa límite laminar 8.6.7 Efectos del gradiente de presión 8.7 RESUMEN PROBLEMAS DE REPASO FUNDAMENTALES PARA UN EXAMEN DE INGENIERÍA PROBLEMAS 9 Flujo compresible 9.1 INTRODUCCIÓN 9.2 VELOCIDAD DEL SONIDO Y EL NÚMERO DE MACH 9.3 FLUJO ISENTRÓPICO A TRAVÉS DE UNA TOBERA 9.4 ONDA DE CHOQUE NORMAL 9.5 ONDAS DE CHOQUE EN TOBERAS CONVERGENTES DIVERGENTES 9.6 FLUJO DE VAPOR A TRAVÉS DE UNA TOBERA 9.7 ONDA DE CHOQUE OBLICUA 9.8 ONDAS ISENTRÓPICAS DE EXPANSIÓN 9.9 RESUMEN PROBLEMAS 10 Flujo en canales abiertos 10.1 INTRODUCCIÓN 10.2 FLUJOS EN CANALES ABIERTOS 10.2.1 Clasificación de flujos con superficie libre 10.2.2 Importancia del número de Froude 10.2.3 Distribución de la presión hidrostática 10.3 FLUJO UNIFORME 10.3.1 Geometría de canales 10.3.2 Ecuación para flujo uniforme 10.3.3 Sección más eficiente 10.4 CONCEPTOS DE ENERGÍA 10.4.1 Energía específica 10.4.2 Uso de la ecuación de la energía en transiciones 10.4.3 Medición del flujo 10.5 CONCEPTOS DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO 10.5.1 Ecuación de la cantidad de movimiento 10.5.2 Salto hidráulico 10.5.3 Solución numérica de la ecuación de la cantidad de movimiento 10.6 FLUJO NO UNIFORME GRADUALMENTE VARIADO 10.6.1 Ecuación diferencial para flujo gradualmente variado 10.6.2 Perfiles de superficies de agua 10.6.3 Controles y flujo crítico 10.6.4 Síntesis de perfiles 10.7 ANÁLISIS NUMÉRICO DE PERFILES DE SUPERFICIES DE AGUA 10.7.1 Método de pasos estándar 10.7.2 Método de integración numérica 10.7.3 Canales irregulares 10.7.4 Métodos de integración directa 10.8 RESUMEN PROBLEMAS 11 Flujos en sistemas de tuberías 11.1 INTRODUCCIÓN 11.2 PÉRDIDAS EN SISTEMAS DE TUBERÍAS 11.3 SISTEMAS DE TUBERÍAS SIMPLES 11.3.1 Tuberías en serie 11.3.2 Tuberías en paralelo 11.3.3 Tuberías ramales 11.4 ANÁLISIS DE REDES DE TUBERÍAS 11.4.1 Ecuaciones para redes generalizadas 11.4.2 Linearización de las ecuaciones de energía para un sistema 11.4.3 Método de Hardy Cross 11.4.4 Análisis de redes con programas de computadorageneralizados 11.5 FLUJO NO PERMANENTE EN TUBERÍAS 11.5.1 Flujo incompresible en un tubo inelástico 11.5.2 Flujo compresible en un tubo elástico 11.6 RESUMEN PROBLEMAS 12 Turbomaquinaria 12.1 INTRODUCCIÓN 12.2 TURBOBOMBAS 12.2.1 Bombas de flujo radial 12.2.2 Bombas de flujo axial y mixto 12.2.3 Cavitación en turbomáquinas 12.3 ANÁLISIS Y SIMILITUD DIMENSIONAL PARA TURBOMAQUINARIA 12.3.1 Coeficientes adimensionales 12.3.2 Reglas de similitud 12.3.3 Velocidad específica 12.4 USO DE TURBOBOMBAS EN SISTEMAS DE TUBERÍAS 12.4.1 Adaptación de bombas a la demanda de un sistema 12.4.2 Bombas en paralelo y en serie 12.4.3 Bombas de etapas múltiples 12.5 TURBINAS 12.5.1 Turbinas de reacción 12.5.2 Turbinas de impulso 12.5.3 Selección y operación de turbinas 12.6 RESUMEN PROBLEMAS 13 Mediciones en mecánica de fluidos 13.1 INTRODUCCIÓN 13.2 MEDICIÓN DE PARÁMETROS DE FLUJO LOCAL 13.2.1 Respuesta dinámica y cálculo de promedios 13.2.2 Presión 13.2.3 Velocidad 13.3 MEDICIÓN DEL GASTO 13.3.1 Método de velocidad-área 13.3.2 Medidores de presión diferencial 13.3.3 Otros tipos de medidores de flujo 13.4 VISUALIZACIÓN DEL FLUJO 13.4.1 Trazadores 13.4.2 Métodos del índice de refracción 13.5 ADQUISICIÓN Y ANÁLISIS DE DATOS 13.5.1 Registro digital de datos 13.5.2 Análisis de incertidumbre 13.5.3 Análisis de regresión 13.6 RESUMEN PROBLEMAS 14 Dinámica de fluidos computacional 14.1 INTRODUCCIÓN 14.2 EJEMPLOS DE MÉTODOS DE DIFERENCIA FINITA 14.2.1 Discretización del dominio 14.2.2 Discretización de las ecuaciones regentes 14.2.3 Definición del algoritmo de solución 14.2.4 Comentarios sobre la elección de operadores de diferencia 14.3 ESTABILIDAD, CONVERGENCIA Y ERROR 14.3.1 Consistencia 14.3.2 Estabilidad numérica 14.3.3 Convergencia 14.3.4 Errores numéricos 14.4 SOLUCIÓN DEL FLUJO DE COUETTE 14.5 SOLUCIÓN DE FLUJO POTENCIAL DE ESTADO PERMANENTE BIDIMENSIONAL 14.6 RESUMEN REFERENCIAS PROBLEMAS Apéndice A. UNIDADES Y CONVERSIONES Y RELACIONES VECTORIALES B. PROPIEDADES DE FLUIDOS C. PROPIEDADES DE ÁREAS Y VOLÚMENES D. TablaS PARA FLUJO COMPRESIBLE DE AIRE E. SOLUCIONES NUMÉRICAS DEL CAPÍTULO 10 F. SOLUCIONES NUMÉRICAS DEL CAPÍTULO 11 Bibliografía REFERENCIAS INTERÉS GENERAL Respuestas Índice