Planificación de Mecánica de Fluidos (2021)

Introducción: Definición de fluido, condiciones estáticas y dinámicas. Hipó­te­sis del "Medio Continuo". Coeficiente de viscosidad. Fluido New­toniano. Variación de la viscosidad con la temperatura y la pre­sión para líquidos y gases. Mecanismos moleculares de trans­fe­ren­cia de Cantidad de Movimiento y cohesión. Presión de Vapor. Tensión Superficial. Ascención capilar.

Estática de fluidos: fuerzas másicas y superficiales que actúan sobre un cuerpo. Esfuerzos en un fluido en equilibrio estático. Distribución de presiones en equilibrio estático. Potencial gra­vitacional. Fuerzas sobre placas sumergidas, sistemas equi­valen­tes. Momentos de áreas y centroides. Punto de aplicación de la fuerza equivalente. Fuerzas sobre superficies alabeadas sumergi­das. Fuerzas de empuje y flotación.

Cinemática de fluidos: Sistemas Lagrangianos y Eulerianos. Velo­cidad de una partícula en ambos sistemas. Aceleración de la par­tícula. Definición de Sistema y de Volumen de Control; su rela­ción con el concepto Lagrangiano y Euleriano. Relación entre sistema y volumen de control. Teorema del Transporte de Rey­nolds.

Dinámica de fluidos: Leyes de conservación y balances macroscó­pi­cos (aplicación del teorema del Transporte). Conservación de la masa: balances macroscópico y diferencial, ecuación de continui­dad; expresión en coordenadas cartesianas, cilíndricas y esféri­cas; aplicación del balance integral de masa. Conserva­ción de la Cantidad de Movimiento: balances diferencial y macros­cópico; ecuación de Euler; Aplicaciones del balance macroscópico a codos reductores, álabe curvo, placa inclinada. Volumen de control no inercial, aceleraciones centrífuga, de Coriolis y Euler. Balance macroscópico de cantidad de movimien­to para un sistema no iner­cial; aplicación. Conservación de la energía: 1ª ley de la Termo­dinámica, balance de energía. Balance de energía en un volumen de control; aplicación. Ecuación de Bernoulli; relación entre la ecuación de Bernoulli y el balance de energía. Aplicación de la ecuación de Bernoulli.

Flujo laminar: tensor de tensiones, significado físico y expre­sión matemática. Separación del tensor en términos de esfuerzos de presión y esfuerzos viscosos. Ecuación constitutiva del fluido Newtoniano; relación entre el esfuerzo viscoso y el tensor velo­cidad de deformación. Simplificación para el flujo unidi­reccio­nal. Ecuación de Navier‑Stokes (N.S.): Expresión en coordenadas cartesianas, polares y cilíndricas. Soluciones de la ecuación de N.S. para casos simples (flujos unidireccionales en estado esta­cionario). Flujos entre placas paralelas fijas y mó­viles, distri­bución de velocidades, flujo Poiseuille y de Coue­tte. Flujo lami­nar desarrollado en cañerías, campo de velocida­des, gradiente de presión, caudal circulante (Ley de Hagen ‑ Poi­seuille), velocidades máxima y promedio; factor de fric­ción. Flujo sobre un plano in­clinado, caudal circulante, fuerza sobre la pared.

Flujo turbulento: Experiencia de Reynolds, número de Reynolds. Velocidad en un flujo turbulento, velocidad promedio y veloci­dad fluctuante. Ecuaciones de continuidad y de N.S. para flujo tur­bu­lento. Tensor de esfuerzos promedios turbulentos, signifi­cado. Viscosidad de remolino, tensión aparente. Hipótesis de longitud de mezcla de Prandtl. Ecuación de flujo turbulento en cañerías. Pérdida de carga, experiencia y diagrama de Nikuradse: zona lami­nar, crítica, de transición y de turbulencia desarrollada. Dia­grama de Moody, aplicación. Pérdidas menores en cañerías. Fuerzas sobre cuerpos sumergidos, fricción viscosa y fricción por forma (arrastre). Coeficiente de arrastre para esferas y cilindros; diagramas. Coeficientes de arrastre para placas pla­nas orientadas en dirección normal y tangencial al flujo, dia­gramas.

Análisis Dimensional: utilidad en el diseño de experiencias. Con­ceptos de parámetros adimensionales como variables indepen­dien­tes. Teorema P (pi) de Buckingham. Determinación de los paráme­tros adimensionales. Aplicación al caso de perdidas de carga en cañerías. Adimensionalización de las ecuaciones que gobiernan los fenómenos físicos; aplicación a las ecuaciones de N.S. Adimensio­nalización con las fuerzas de inercia y con las fuerzas viscosas (Nº de Reynolds, Froude, Euler y Stokes). Aná­lisis según el valor de Nº de Reynolds, flujo reptante y flujo potencial. Diferencias entre flujos reptante y potencial, dife­rente orden de las ecua­ciones que representan dichos flujos como explicación de la exis­tencia de la capa límite. Ejemplifi­cación de flujo potencial y capa límite a través de una ecua­ción dife­rencial ordinaria de 2º grado. Flujo irrotacional, concepto de irrotacionalidad. Teorema de Kelvin. Vector vorti­cidad. Métodos de solución de flujo poten­cial; potencial de velocidad, línea de corriente, significado fí­sico, Función línea de corriente. Uso de la función línea de co­rriente para resol­ver flujos bidimensionales. Función línea de corriente en flujo irrotacional, su relación con el potencial de velocidad. Flujo potencial alrede­dor de una esfera, análisis de la solución. Paradoja de D'Alam­bert.

Capa límite: caída de presión para el flujo alrededor de una esfera, curvas subcríticas y supercríticas. Conceptos generales de capa límite y fenómeno de separación. Características genera­les de capa límite laminar y turbulenta. Retardo del fenómeno de separación en capa límite turbulenta, explicación de los regíme­nes subcríticos y supercríticos y caída del coeficiente de ar­rastre para esferas y cilindros para altos valores del Nº de Reynolds. Diagrama de Rouse. Obtención de las ecuaciones de capa límite a partir de las ecuaciones de N.S. Análisis de la solu­ción de capa límite laminar sobre una placa plana (Bla­sius). Soluciones aproximadas, método de Karman y Pohlhausen. Aplica­ción al caso de flujo sobre placa plana; comparación de la solu­ción aproximada con la solución exacta de Blasius. Capa límite turbulenta, aplicación del método de Karman y Pohlhau­sen. Perfil de velocidades y espesor de la capa límite turbu­lenta, compara­ción con el caso laminar. Coeficiente de arrastre en zona lami­nar y en zona turbulenta.

Stephen Whitaker
Introduction to Fluid Mechanics
Krieger Publishing Company
ISBN: ISBN-10: 0894647857
Formato: hardcover

Frank White
Mecánica de Fluidos
McGraw-Hill
ISBN: ISBN-10: 8448166035
Formato: paperback

Yunus A. Cengel y John M. Cimbala
Mecánica de Fluidos, Fundamentos y aplicaciones
Mc Graw Hill

ISBN: 978-0-07-352926-4
Formato: paperback

Schlichting H.
Boundary - Layer Theory
Mc Graw Hill

Hughes W.
Dinámica de los Fluidos
Mc Graw Hill

Shapiro A. H.
Formas y Fluidos
Eudeba

Shames I.
La Mecánica de los Fluidos
Mc Graw Hill

Giles R.V. Evett J.V. Liu C.
Mecánica de los Fluidos e Hidráulica
Mc Graw Hill