mecánica de fluidos I – Problemario

By Ing. Luis Colmenarez
Problemario de mecánica de fluidos

Al final de este post encontraras un link de descarga con uno de los mejores problemarios de mecánica de fluidos I, realizado por el profesor de la Facultad de Ingeniería – Universidad de los Andes, Lionel Fernandez.

Contenido de mecánica de Fluidos a tratar:

Este problemario contiene cientos de ejercicios resueltos referentes a los siguientes temas.

Capítulo I:

Peso específico, densidad

Viscosidad

Módulo de elasticidad volumétrico

Tensión superficial y capilaridad

Capítulo II:

Presión, manómetros

Fuerzas sobre superficies planas

Fuerzas sobre superficies curvas

Empuje

Aceleración lineal

Rotación

Capítulo III:

Distribución de velocidades, continuidad

Ecuación de Bernoulli

Adción y sustracción de energía

Fuerzas producidas en tuberías

Fuerzas producidas en canales

Fuerzas producidas en álabes fijos

Fuerzas producidas en álabes móviles

Capítulo IV:

Parámetros adimensionales

Semejanza dinámica en modelos

Capítulo V:

Flujo laminar entre placas planas

Flujo laminar en tuberías y anillos

Flujo turbulento en tuberías

Capa límite

Resistencia sobre cuerpos sumergidos

Alguno de los temas a tratar en este solucionario de mecánica de fluidos son los siguientes:

Viscosidad de fluido:

La viscosidad del fluido, a veces conocida como viscosidad dinámica o viscosidad absoluta, es la resistencia del fluido al flujo, causada por un esfuerzo de cizallamiento dentro de un fluido que fluye y su recipiente.

La viscosidad suele denotarse con el símbolo griego μ (mu) y se define como la relación del esfuerzo cortante τ (letra griega tau) a la tasa de cambio de velocidad, v, que en términos matemáticos se puede expresar como dv / dy (donde esta es la derivada de la velocidad con respecto a la distancia y).

La derivada dv / dy se llama gradiente de velocidad.

Esto da como resultado la importante ecuación para el corte del fluido para el flujo viscoso o laminar:

τ = μ • dv / dy

Sin embargo, la ecuación anterior no es aplicable para el flujo turbulento donde una gran cantidad de esfuerzo de corte se debe al intercambio de momento entre Capas del fluido. Para determinar si el flujo es laminar o turbulento, debe calcular el número de Reynold del fluido que fluye. El flujo laminar ocurrirá cuando el número de Reynold sea inferior a 2300.

De la ecuación anterior se puede determinar que las dimensiones de la viscosidad son la fuerza multiplicada por el tiempo dividido por la longitud al cuadrado o FT / L². Las unidades de viscosidad en el sistema inglés y el sistema SI son:

lb • seg / ft² o Slug / ft • seg y N • s / m² o kg / m • s

Número de Reynolds:

El número de Reynolds es la relación de fuerzas de inercia a fuerzas viscosas y es un parámetro conveniente para predecir si una condición de flujo será laminar o turbulento . Se puede interpretar que cuando las fuerzas viscosas son dominantes (flujo lento, baja Re) son suficientes para mantener todas las partículas de fluido en línea, entonces el flujo es laminar. Incluso un Re muy bajo indica un movimiento progresivo viscoso, donde los efectos de inercia son insignificantes. Cuando las fuerzas de inercia dominan las fuerzas viscosas (cuando el fluido fluye más rápido y Re es más grande), el flujo es turbulento.

Es un número adimensional que comprende las características físicas del flujo. Un número creciente de Reynolds indica un aumento de la turbulencia del flujo.

Se define como:

Numero de Reynolds

Donde:

  • V es la velocidad de flujo,
  • D es una dimensión lineal característica (longitud recorrida del fluido; diámetro hidráulico, etc.)
  • ρ densidad del fluido (kg / m 3 ),
  • μ viscosidad dinámica (Pa.s),
  • ν viscosidad cinemática ( m 2 / s); ν = μ / ρ.

Ecuación de Bernoulli en la Mecánica de Fluidos:

La ecuación de Bernoulli relaciona la presión, la velocidad y la altura de cualquiera de los dos puntos (1 y 2) en una línea de flujo constante que fluye un fluido de densidad \ rhoρ rho. La ecuación de Bernoulli se escribe generalmente como sigue:

Ecuacion de Bernoulli

Las variables acompañadas con el numero 1 se refieren a la presión, la velocidad y la altura del fluido en el punto 1, mientras que las consulte la presión, la velocidad y la altura del fluido en el punto 2 como se ve en el diagrama a continuación. El siguiente diagrama muestra una elección particular de dos puntos (1 y 2) en el fluido, pero la ecuación de Bernoulli se mantendrá para cualquiera de los dos puntos en el fluido.

tuberia

Capa Límite:

Capa límite , en mecánica de fluidos , capa delgada de un gas o líquido que fluye en contacto con una superficie como la de un ala de avión o del interior de una tubería. El fluido en la capa límite se somete a fuerzas de cizallamiento. Existe un rango de velocidades a través de la capa límite desde el máximo hasta cero, siempre que el fluido esté en contacto con la superficie. Las capas límite son más delgadas en el borde delantero de un ala de un avión y más gruesas hacia el borde posterior. El flujo en tales capas límite es generalmente laminar en la parte anterior o anterior y Turbulento en la parte posterior o posterior.

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