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Dinámica de Fluidos

Prof: J. Solano

Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de Ciencias

Escuela Profesional de Ingeniería Física

Transferencia de Calor y Dinámica de FluidosIF451

Estados de la materia

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Griegos….

Ahora:

Sólido

Líquido

Gaseoso

Plasma

Estados de la materia

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Ahora:

Sólido

Líquido

Gaseoso

Plasma

Aunque no tan simple...

Estados de la materia

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Mas complicado:

Sólido

Líquido

Gaseoso

Plasma

Condensado BE

Estados de la materia

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Condición de no-deslizamiento

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La condición de no-deslizamiento es responsible del desarrollo del perfil de velocidad. La región del fluido adyacente a la pared, en la cual los efectos viscosos (y, por consiguiente, los gradientes de velocidades) son significativos se llama capa límite.

Cuando se fuerza a un fluido a moverse sobre una superficie curva, como el lado posterior de un cilindro, con una velocidad suficientemente elevada, la capa límite ya no puede permanecer adherida a la superficie y, en algún punto, se separa de ella; este fenómeno se conoce como separación del flujo

Historia

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Ciudad helénica de Pergamón, en la Turquía actual. Desde los años 283 a 133 a.C. se construyeron una serie de tuberías de plomo y arcilla

Arquímedes (285-212 a.C.). Este matemático formuló y aplicó el principio de la flotación

Edad Media: empleo de maquinaria con aplicación de los fluidos. Bombas de émbolo para desaguar las minas, rueda hidráulica y el molino de viento para moler granos, forjar metal y otras tareas.

Renacimiento: desarrollo continuo de sistemas y máquinas con base en los fluidos, se perfeccionó el método científico. Simon Stevin (1548-1617), Galileo Galilei (1564-1642), Edme Mariotte (1620-1684) y Evangelista Torricelli (1608-1647) entre los primeros en aplicar el método a los fluidos a medida que investigaban las distribuciones de la presión hidrostática y los vacíos.

Ese trabajo lo integró y refinó el matemático Blaise Pascal (1623-1762). Monje italiano Benedetto Castelli (1577-1644): enunciado del principio de

continuidad para los fluidos. Isaac Newton (1643-1727): Ecuaciones del movimiento para los sólidos. Aplicó sus

leyes a los fluidos y examinó la inercia y la resistencia de éstos, los chorros libres y la viscosidad.

Suizo Daniel Bernoulli (1700-1782) y Leonard Euler (1707-1783): su trabajo definió las ecuaciones de la energía y de la cantidad de movimiento. Tratado de Bernoulli, Hydrodynamica (1738), fue el primer texto sobre mecánica de fluidos.

Historia

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Jean d’Alembert (1717-1789): idea de componentes de la velocidad y de la aceleración, una expresión diferencial de la continuidad y su “paradoja” de la resistencia cero para el movimiento uniforme estacionario.

Riche de Prony (1755-1839): conocido por su freno para medir la potencia. Antonie Chezy (1718-1798), Louis Navier (1785-1836), Gaspard Coriolis (1792-1843), Henry Darcy (1803-1858) y muchos otros entre sus estudiantes.

Jean Poiseuille (1799-1869): midió con exactitud el flujo en tubos capilares para múltiples fluidos.

En Alemania Gothilf Hagen (1797-1884) había establecido la diferencia entres el flujo laminar y el turbulento en tubos.

En Inglaterra, Lord Osborn Reynolds (1842-1912) continuó ese trabajo y desarrolló el número adimensional que lleva su nombre.

En paralelo al trabajo de Navier, George Stokes (1819-1903) completó ecuaciones generales del movimiento de los fluidos con fricción que tomaron sus nombres.

William Froude (1810-1879), desarrolló los procedimientos y constató el valor de las pruebas físicas en modelos.

Estadounidenses James Francis (1815-1892) y Lester Pelton (1829-1908) en las turbinas y la invención de Clemens Herschel (1842-1930) del medidor Venturi.

Historia

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Siglo XIX, notable expansión de la teoría de los fluidos por científicos e ingenieros irlandeses e ingleses que incluía, además de a Reynolds y Stokes, a William Thomson, Lord Kelvin (1824-1907), William Strutt, Lord Rayleigh (1842-1919) y sir Horace Lamb (1849-1934): Análisis dimensional, flujo irrotacional, movimiento de vórtices, la cavitación y las ondas. También profundizaron en los enlaces entre la mecánica de fluidos, la termodinámica y la transferencia de calor.

En 1903, los autodidactas hermanos Wright (Wilbur, 1867-1912; Orville, 1871-1948) a través de la aplicación de la teoría y determinada experimentación perfeccionaron el aeroplano. Ecuaciones de Navier-Stokes, poco uso hasta esta época, debido a que eran demasiado difíciles de resolver.

En 1904, el alemán Ludwig Prandtl (1875-1953) demostró que los flujos de fluidos se pueden dividir en una capa cercana a las paredes, la capa límite, en donde los efectos de la fricción son significativos, y una capa exterior, en donde esos efectos son despreciables y aplicarse las ecuaciones simplificadas de Euler y Bernoulli.

Siglo XX con la invención de la computadora: simulaciones numéricas

Fluidos en movimiento

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Procesos de transporte. Flujo volumétrico –caudal- y Flujo másico. Ecuación de continuidad Ecuación de Bernoulli Viscosidad. Flujo Viscoso. Ley de Poiseuille. Arrastre por fricción Flujo laminar y turbulento

Fluidos en movimiento

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Fluidos en movimiento

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Fluidos en movimiento

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Fluidos en movimiento

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Fluidos en movimiento: Descripción del FLUJO

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Fluidos en movimiento: Descripción del flujo de fluidos

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Fluidos en movimiento: Ecuación de continuidad

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Fluidos en movimiento: Flujo laminar y turbulento

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Fluidos en movimiento: Ecuación de Bernoulli

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Fluidos en movimiento: Ecuación de Bernoulli

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Fluidos en movimiento: Ecuación de Bernoulli

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Fluidos en movimiento: Ecuación de Bernoulli

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Ecuación de Bernoulli: Aplicaciones

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Ecuación de Bernoulli: Aplicaciones

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Fluidos en movimiento

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Ecuación de Bernoulli: Aplicaciones

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Ecuación de Bernoulli: Aplicaciones

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Ecuación de Bernoulli: Aplicaciones

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Ecuación de Bernoulli: Aplicaciones

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Fluidos en movimiento

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Fluidos en movimiento

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Fluidos en movimiento: Flujo Viscoso. Viscosidad

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Fluidos en movimiento: Flujo Viscoso. Viscosidad

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Flujo Viscoso. LEY DE POISEUILLE

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Flujo Viscoso. LEY DE POISEUILLE

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¡Ojo! Es inversamente proporcional a r4

Si se divide por la mitad el radio del tubo, la caída de presión aumenta en un factor de 16O dicho de otra forma, se necesita una presión 16 veces mayor para impulsar el fluido a través del tubo con el mismo flujoPor ello, si por alguna razón se reduce el diámetro de los vasos sanguíneos, o bien el flujo disminuye mucho o bien la presión sanguínea debe subir para mantener el mismo flujo de volumen.

Y por eso achicamosel extremo de unamanguera cuandoqueremos aumentarla presión de riego

Flujo Viscoso. LEY DE POISEUILLE

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Ejemplo:

Por un tubo horizontal con un diámetro interior de 1.2 mm y una longitud de 25 cm circula agua con un flujo de 0.3 ml/s. Hallar la diferencia de presiones que se necesita para impulsar el agua si su viscosidad es de 10-3 Pa·s. Supóngase que el flujo es laminar.

Turbulencia. Número de Reynolds

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Pérdida de carga en flujos viscosos

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