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La hidrodinamica - parte de la hidráulica




La hidrodinámica es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento. Por ello considera, entre otras cosas: la velocidad, la presión, el flujo y el gasto del líquido.
La hidrodinámica estudia la dinámica de fluidos incompresibles. Por extensión, dinámica de fluidos
En el estudio de la hidrodinámica, el teorema de bernoulli que trata de la ley de la conservación de la energía, es de primordial importancia, pues señala que la suma de las energías cinéticas, potencial y presión de un líquido en movimiento en un punto determinado es igual a la de otro punto cualquiera. La mecánica de los fluidos investiga las propiedades de un fluido ideal sin fricción y también estudia las características de un fluido viscoso en el cual se presenta fricción. Un fluido es compresible cuando su densidad varía de acuerdo con la presión que recibe; tal es el caso del aire y otros gases estudiados por la aerodinámica. La hidrodinámica investiga fundamentalmente los fluidos incompresibles, es decir, a los líquidos, pues su densidad casi no varía cuando cambia la presión ejercida sobre ellos.



Etimológicamente, la hidrodinámica es la dinámica del agua, puesto que el prefijo griego 'hidro-' significa 'agua'. Aun así, también incluye el estudio de la dinámica de otros fluidos. Para ello se consideran entre otras cosas la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido.
Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tresaproximaciones importantes:
* Que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases.
* Se considera despreciable la perdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es muy menor comparándola con la inercia de su movimiento.
* Se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.

APLICACIONES DE LA HIDRODINAMICA
Las aplicaciones de la hidrodinámica se evidencian en el diseño de canales, puertos, presas, cascos de los barcos, hélices, turbinas y ductos en general.




1.-Sistema volumen de control
Para describir el comportamiento del flujo en una región se puede adoptar el concepto de volumen de control (VC) formado por el espacio delimitado por una superficie de control (SC) cerrada, real o virtualmente, donde una de sus características, en general, será la permanencia de la forma y el tamaño del volumen así delimitado.  La permanencia del espacio ocupado por el volumen de control hace que las partículas que lo ocupan no sean siempre las mismas.  La cantidad de partículas tambien será variable cuando el flujo no es permannete.  Este método facilita la descripción del comportamiento del flujo y del fluido.


En el volumen de control las actividades de todos y cada uno de los volúmenes en el espacio satisfacen los principios básicos ylos principios secundarios pertinentes.


2.-Irreversibilidad
El concepto de irreversibilidad se aplica a aquellos procesos que, como la entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde esta perspectiva termodinámica, todos los procesos naturales son irreversibles. El fenómeno de la irreversibilidad resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas es trasladado de un estado termodinámico a otro, ello dará como resultado que la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho sistema variará.
Cierta cantidad de 'energía de transformación' se activará cuando las moléculas del 'cuerpo de trabajo' interaccionen entre sí al cambiar de un estado a otro. Durante esta transformación, habrá cierta pérdida o disipación de energía calorífica, atribuible al rozamiento intermolecular y a las colisiones.
Lo importante es que dicha energía no será recuperable si el proceso se invierte.


3.-Reversibilidad y Pérdidas
Reversibilidad: Es la capacidad de experimentar cambios de estado físico, sin un aumento de la entropía, resultando posible volver al estado inicial cambiando las condiciones que provocaron dichos cambios.
Una definición más fácil puede ser la capacidad de un objeto para volver a su estado original.
Ejemplos de reversibilidad
Fundir el hielo y luego volver a congelarlo
Evaporar el agua y volver a condensarla
Pérdida o Gasto:
Cuando un líquido fluye a través de una tubería, es muy común hablar de su gasto, que por sudefinición es: la relación existente entre el volumen de líquido que fluye por un conducto y el tiempo que tarda en fluir.
El gasto o caudal es una de las magnitudes principales en el estudio de la hidrodinámica. Se define como el volumen de líquido ΔV que fluye por unidad de tiempo Δt. Sus unidades en el Sistema Internacional son los m3/s y su expresión matemática
G= V/t
Donde G=Gasto
V= Volumen del liquido que fluye en metros cúbicos
T = Tiempo que tarda el liquido en segundos (s)

El gasto también puede calcularse si se conoce la velocidad del líquido y el área de la sección transversal de la tubería.
FLUJO
Se define como la cantidad de masa del líquido que fluye a través de una tubería en un segundo
F=m/t
Donde: F =flujo en kg/s
M=masa del liquido que fluye en kilogramos (kg
T=tiempo que tarda en fluir en segundos (s)
RESOLUCION DE PROBLEMA DE HIDRODINAMICA
1.- Calcular el gasto de agua por una tubería al circular 1.5m en .25min.
Datos: FORMULA Sustitución y resultado
G=?
V=1.5m G=V/t G=1.5m/15s=0.1m/s
T=15s


Se considera despreciable o pérdida perder energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento.
4.-Tipos de Fluidos
Se pueden reunir en dos, fluidos newtonianos, que están basados en la ley de newton de los fluidos y que dice que el esfuerzo tangencial es proporcional a la tasa de variación de la velocidad, con una alta influencia de latemperatura. los que no la cumplen se llaman no newtonianos, en otras palabras obedecen a un cambio en la viscosidad,
Newtonianos; Agua, aceites
No newtonianos; Seudoplasticos, elastomeros, resinas, gelatinas, etc.
Cuando la viscosidad es constante para una cierta temperatura, se dice que el fluido es Newtoniano. Algunos fluidos no cumplen esta ley de proporcionalidad y se les denomina “No Newtonianos”.
Otros comportamientos reológicos distintos al Newtoniano corresponden a
Fluidos pseudoplasticos: la viscosidad disminuye al aumentar el gradiente de velocidad.
Fluidos dilatantes: La viscosidad aumenta al aumentar el gradiente de velocidad.
Plasticos de Bingham: es necesario superar un cierto valor umbral de esfuerzos de corte para que el sistema comience a fluir.




Además puede ocurrir que la viscosidad dependa del tiempo
Fluidos tixotrópicos: la viscosidad disminuye con el tiempo de aplicación del esfuerzo.


Fluidos reopécticos: la viscosidad aumenta con el tiempo de aplicación del esfuerzo.
Unidades de viscosidad
En el S.I. se mide en pascal-segungo (Pa·s)
En CGS la unidad para la viscosidad dinámica es el poise (P)
1 poise= 100 centiPoise= 1 g/(cm·s)= 0,1 Pa·s
1 CentiPoise= 1mPa·s

5.- líneas de corriente y tubo de corriente
Se define Línea de Corriente como aquélla curva cuya tangente en cualquier punto coincide con la dirección de la velocidad del fluido en dicho punto. Cuando se trata de un flujo estacionario, las líneas de corriente coinciden con las deflujo.

Si se consideran todas las líneas de corriente que pasan por un contorno cerrado “c”, estas líneas encierran un volumen denominado Tubo de Corriente. De la definición de la línea de corriente se deduce que no pasa fluido a través de las paredes laterales de un tubo de corriente.




6.-Ecuacion de la Continuidad:
En un tubo de corriente se cumple la ecuación de continuidad del movimiento en cualquier sección normal al tubo, siempre que la densidad sea constante, y dice que en cada sección “S” del mismo, el producto de su superficie por la velocidad del fluido en su interior es constante

La ecuación de continuidad expresa una ley de conservación de forma matemática, ya sea de forma integral como de forma diferencial.


7.-Ecuacion de Euler:
En dinámica de fluidos, las ecuaciones de Euler son las que describen el movimiento de un fluido compresible no viscoso. Su expresión corresponde a las ecuaciones de Navier-Stokes cuando las componentes disipativas son despreciables frente a las convectivas, esto nos lleva a las siguientes condiciones que se pueden deducir a través del análisis de magnitudes de las Navier-Stokes



Aunque habitualmente se expresan en la forma mostrada en este artículo dado que de este modo se enfatiza el hecho de que representan directamente la conservación de masa, momento y energía. Estas ecuaciones se llaman así en honor de Leonhard Euler quien las dedujo directamente de las leyes de Newton (para el caso no-relativista).8.-Ecuacion de Bernoulli:
Daniel Bernoulli fue un matemático que realizó estudios de dinámica.
El físico suizo Daniel bernoulli (1700-1782), al estudiar el comportamiento de los líquidos, descubrió que la presión de un liquido que fluye por una tubería es baja si su velocidad es alta y, por el contrario, es alta si su velocidad es baja. Por tanto la ley de la conservación de la energía también se cumple cuando los líquidos también están en movimiento. Con base en sus estudios, bernoulli enuncio el siguiente teorema que lleva su nombre
El teorema de Bernoulli es una consecuencia de la conservación de la energía en los líquidos en movimiento. Establece que en un líquido incompresible y no viscoso, la suma de la presión hidrostática, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen, es constante a lo largo de todo el circuito. Es decir, que dicha magnitud toma el mismo valor en cualquier par de puntos del circuito.
APLICACIÓN DEL TEOREMA DE BERNOULLI
Tubería

La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa por ella, se reducirá la presión.
Natación

La aplicación dentro de este deporte se ve reflejada directamente cuando las manos del nadador cortan el agua generando una menor presión y mayor propulsión.
Sustentación de aviones

El efecto Bernoulli es también en parte el origen de la sustentación de losaviones. Gracias a la forma y orientación de los perfiles aerodinámicos, el ala es curva en su cara superior y está angulada respecto a las líneas de corriente incidentes. Por ello, las líneas de corriente arriba del ala están más juntas que abajo, por lo que la velocidad del aire es mayor y la presión es menor arriba del ala; al ser mayor la presión abajo del ala, se genera una fuerza neta hacia arriba llamada sustentación.

Movimiento de una pelota o balón con efecto

Si lanzamos una pelota o un balón con efecto, es decir rotando sobre sí mismo, se desvía hacia un lado. También por el conocido efecto Magnus, típico es el balón picado, cuando el jugador mete el empeine por debajo del balón causándole un efecto rotatorio de forma que este traza una trayectoria parabólica. Es lo que conocemos como vaselina.
Carburador de automóvil

En un carburador de automóvil, la presión del aire que pasa a través del cuerpo del carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. Al disminuir la presión, la gasolina fluye, se vaporiza y se mezcla con la corriente de aire.
Flujo de fluido desde un tanque

La tasa de flujo está dada por la ecuación de Bernoulli.
El descubrimiento de bernoulli, a medida que es mayor la velocidad de un flujo, menor es su precisión y viceversa, ha permitido al hombre encontrarle varias aplicaciones prácticas.

9.- Ecuación de la Energía:
ï‚·Comprender el significado físico de los términos que integran la ecuación de la energía y poder identificar cada unode ellos en diferentes dispositivos y conductos, partiendo del conocimiento de que existen cinco tipos de energía asociados al fluido, a saber: energía cinética, energía potencial, energía interna (ligada a la estructura y movimiento moleculares), energía química, (asociada a la disposición de átomos en moléculas) y energía nuclear (asociada a la estructura interna de los átomos), de las cuales las tres primeras son las que integran la ecuación de la energía. Se comentarán los tres tipos de trabajo asociados al volumen de control, trabajo transmitido por ó dado a un eje, trabajo debido a los esfuerzos cortantes que actúan sobre las fronteras del volumen de control, se estudiarán por separado cada uno de los términos de trabajo y energía asociados al fluido, viendo en qué casos estos términos son despreciables ó no

Aplicación
La energía se define como la capacidad de desarrollar un trabajo y el agua ya sea en reposo o en movimiento tiene esa capacidad de generar trabajo a través de sus diferentes componentes de energía, lo cual se ha demostrado desde los tiempos antiguos con los molinos de agua, la facilidad o dificultad de navegar en arroyos, ríos y canales, la generación de energía eléctrica por medio de turbinas, etc., por lo que resulta de gran importancia en la mayoría de las aplicaciones de la hidráulica, el comprender e identificar los tipos de energía que puede tener el agua y como se afectan entre sí cada una de las partes que la componen, así como entender cómo sedisipan transforman algunas
de ésas energías, lo cual nos permitirá definir el comportamiento hidráulico que tendrá el agua en un depósito, en un conducto o cuando se descarga a la atmósfera, para poder aprovecharlo en beneficio del ser humano
.

































Bibliografía:

https://estudiarfisica.wordpress.com/2008/12/22/fisica-general-12-dinamica-de-fluidos-linea-de-flujo-lineas-y-tubo-de-corriente-ecuacion-de-continuidad-ecuacion-general-del-movimiento-de-un-fluido-o-de-euler-ecuacion-de-daniel-bernoulli-y/

https://www.buenastareas.com/ensayos/Hidrodinamica/2278744.html#


















REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“RAFAEL MARIA BARALT”
PROYECTO: INGENIERIA EN MANTENIMIENTO MECANICO (PIMM)
SEDE: LOS PUERTOS DE ALTAGRACIA
ASIGNATURA: DINAMICA DE LOS FLUIDOS








hidrodinamica








Elaborado Por:
TSU de Ing. en mantenimiento mecánico Eduin A Sánchez López



FECHA: 2013-10-15

I NTRODUCCIÓN

Los principios físicos más útiles en las aplicaciones de la mecánica de fluidos son el balance de materia, o ecuación de continuidad, las ecuaciones del balance de cantidad de movimiento y el balance de energía mecánica. Pueden escribirse de forma diferencial, mostrando las condiciones en un punto del interior de un elemento de volumen, o bien de forma integrada, aplicables a un volumen o masa finitos de fluido.
La hidrodinámica es la parte dela física que estudia el movimiento de los fluidos. Este movimiento está definido por un campo vectorial de velocidades correspondientes a las partículas del fluido y de un campo escalar de presiones, correspondientes a los distintos puntos del mismo.


















CONCLUCIÒN

Sabíamos que gracias a los conocimientos que se tienen en hidrodinámica se pueden hacer presas, puertos, aviones, autos, entre otras cosas.
  Éramos consientes de algunos fenómenos como cuando colocan tuberías angostas para que el agua tenga mayor presión. También teníamos presentes algunos conceptos que aprendimos el tema anterior, tales como presión, viscosidad, fricción, energía cinética, energía potencial, entre otros. Sabíamos acerca de algunas aplicaciones de la hidrodinámica a través de la historia, como el uso que tenían los romanos de ella para la construcción de canales y que el desarrollo de las tecnologías hidrodinámicas se han desarrollado nuevos modelos de aviones y autos. lo que no sabíamos son los principios con los que desarrollan las tecnologías hidrodinámicas y en que industrias se aplican los conocimientos de la hidrodinámica.













ESQUEMA

HIDRODINAMICA
1.-concepto de sistema y volumen de control
2.-irreversibilidad
3.-reversibilidad y pérdidas
4.-tipos de fluidos
5.-lineas de corriente y tubo de corriente
6.-ecuacion de continuidad
7.-ecuacion de mor
8.-ecualcion de euler
9.-ecuacion de bernoulli
10 ecuación de la energía





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