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Mecánica de fluidos

[título_original] – Nueva actualización 2023

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Mecánica de fluidos

Dentro de la física, la mecánica se encarga de estudiar y explicar los movimientos de los cuerpos. Cuando se habla de mecánica de fluidos, se hace referencia a la que toma como ejes de estudio los movimientos de los fluidos, cuestión fundamental para la ingeniería si se quiere tener un conocimiento cabal de cómo se desplazan los fluidos por las tuberías.

¿Qué es un fluido?

Un fluido es una sustancia capaz de deformarse continuamente cuando se la somete a un esfuerzo de corte (excepto en su estado de reposo) o a una fuerza tangencial. Según cuál sea su comportamiento, existen dos tipos de fluidos: los comprensibles (gases) y los incomprensibles (líquidos). Además, se puede distinguir entre fluidos newtonianos y no newtonianos.

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  • Fluido newtoniano: es aquel cuya viscosidad es inmutable.
  • Fluido no newtoniano: es aquel fluido cuya viscosidad depende de la tensión cortante y de la temperatura.

¿Qué es la mecánica de fluidos?

Ya hemos dicho que la mecánica de fluidos es aquella que se encarga de estudiar los movimientos de los fluidos y de las fuerzas que ejercen. Además, la mecánica de fluidos se ocupa de cómo interaccionan los fluidos con su continente. También dijimos que se halla en estrecha relación con la ingeniería, ya sea la ingeniería mecánica, la hidráulica o la construcción.

Para ello, se vale de los principios de la mecánica clásica o newtoniana, de la primera y segunda ley de la termodinámica, de la ley de conservación del movimiento y de la cantidad de movimiento.

Tipos de fluidos

  • Fluido en reposo: se trata de aquel fluido que ejerce presión sobre las paredes que lo contienen y sobre los objetos que puedan estar sumergidos en dicho líquido. Esta presión recibe el nombre de presión hidrostática.
  • Fluido en movimiento: se trata, como su nombre lo indica, de fluidos que no están estáticos sino que realizan movimientos. Pueden ser corrientes de agua, aire, etc. Cuando se estudian los líquidos en movimiento, se habla de hidrodinámica, mientras que la aerodinámica es el estudio de los gases móviles.

Hipótesis del medio continuo

Esta hipótesis es el fundamento de la mecánica de fluidos y expone que, en todo el espacio que ocupa el fluido es continuo, por lo cual debemos ignorar su estructura molecular y sus discontinuidades. Así pues, las propiedades de dicho fluido, como densidad o temperatura, también serán continuas.

Partícula fluida

Relacionado con la hipótesis anterior, el concepto de partícula fluida es fundamental para esta mecánica y se define como “la masa elemental de un fluido, la cual se halla en un determinado punto espacial en un instante de tiempo preciso”. A su vez, esta masa debe estar integrada por multitud de moléculas, pero tan pequeñas que sus propiedades macroscópicas no varíen. También, la partícula fluida se mueve a la misma velocidad macroscópica que todo el fluido, puesto que la componen sus mismas moléculas.

Descripciones del movimiento de los fluidos

Existen dos puntos de vista para describir al movimiento de los fluidos: la langangiana y la euleriana.

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Descripción Langragiana

Indica que debemos revisar cada una de las partículas fluidas en su movimiento para así hallar las funciones que indiquen sus posiciones y propiedades en cada instante de tiempo que analicemos.

Descripción Euleriana

Por el contrario, sugiere que a cada punto del espacio y cada instante de tiempo estudiado se les dé un único valor para las propiedades del fluido, sin considerar a la partícula fluida que lo ocupe. Esta descripción se usa para conseguir ecuaciones más generales.

Importancia de la mecánica de fluidos

Entre las principales utilidades de la mecánica de fluidos, podemos citar el diseño de tuberías, las represas, los estanques artificiales y también se ha utilizado para la creación de vehículos de transporte por los que circulan fluidos, ya sean autos, barcos o aviones.

Aplicaciones de la mecánica de fluidos

Así pues, la mecánica de fluidos puede aplicarse tanto a la ciencia como a la ingeniería, la mecánica, química y en ingeniera civil. Algunas de las aplicaciones más destacadas son:

  • Hidrostática
  • Hidrodinámica
  • Máquinas hidráulicas
  • Oleohidráulica
  • Acústica
  • Aerodinámica
  • Tránsito vehicular
  • Aeroelasticidad

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