Publication: Mecánica de fluidos: Breve introducción teórica con problemas resueltos
| dc.contributor.author | Bergadà Granyó, Josep Maria | |
| dc.date.accessioned | 2025-06-18T21:53:22Z | |
| dc.date.available | 2025-01-01 | es |
| dc.date.issued | 2012-11-25 | es |
| dc.description.abstract | El presente libro es fruto de la experiencia adquirida durante toda una carrera universitaria. Esta obra está diseñada para presentar los principios básicos de la Mecánica de Fluidos de una manera clara y muy sencilla, muchos de los problemas que se exponen fueron, en su momento, problemas de examen de la asignatura. Asimismo, pretende ser un libro de repaso para quienes, habiendo estudiado Ingeniería y trabajando en la industria, precisan fijar determinados conceptos sobre la materia. Finalmente, se desea que esta obra sirva de apoyo a todas las escuelas de los países de habla hispana que imparten las diversas Ingenierías. Espero y deseo que este libro sea un instrumento útil de introducción de la temática presentada. Josep M Bergadà, es Ingeniero Industrial (especialidad: Mecánica) desde 1990 y Doctor Ingeniero Industrial desde 1996. Ejerce como profesor en el Departamento de Mecánica de Fluidos de la Escola Tècnica Superior d'enginyeries Industrial y Aeronàutica de Terrassa (ETSEIAT-UPC) desde hace mas de 22 años, y es Profesor Titular de Universidad desde el 2009. Durante este período, ha impartido clases de las asignaturas de Mecánica de Fluidos, Maquinas Hidráulicas, Gasdinámica y Oleohidráulica, en la actualidad imparte la asignatura de Mecánica de Fluidos. Su labor investigadora se ha orientado a la Oleohidráulica, campo en el que realizo su tesis doctoral. Ha formado parte de un grupo de investigación del Instituto de Investigación Textil, donde trabajó en diversos proyectos internacionales y ha estado trabajando durante más de 10 años (2000-2010) con el departamento de Mechanical Engineering de la Universidad de Cardiff (Reino Unido) en la optimización de maquinas volumétricas. A partir del año 2011, parte de su labor investigadora la desarrolla en la Technische Universität Berlin, (Alemania), centrándose en la actualidad en el desarrollo de modelos matemáticos aplicables en el campo de la Mecánica de Fluidos. Es autor de diversos libros, publicados tanto por Ediciones UPC como por editoriales externas a la UPC, y de más de ochenta artículos publicados en revistas y congresos nacionales e internacionales. | es |
| dc.description.tableofcontents | Cap. 1 Introducción a la Mecánica de Fluidos. Propiedades de los fluidos 1.1 Introducción. Fluido desde el punto de vista molecular 1.2 Fluido desde el punto de vista termodinámico 1.3 Fluido desde el punto de vista mecánico 1.4 Aproximación del continuo 1.5 Equilibrio termodinámico local 1.6 Propiedades de los fluidos 1.6.1 Módulo de elasticidad 1.6.2 Coeficiente de expansión térmica 1.6.3 Colofón sobre módulo de elasticidad y coeficiente de expansión térmica 1.6.4 Tensión superficial 1.6.5 Definición de viscosidad Problemas 1. Balance de fuerzas en un conducto 2. Viscosímetro cilíndrico 3. Viscosímetro esférico 4. Viscosímetro cónico Cap. 2 Cinemática de fluidos 2.1 Concepto de derivada sustancial, material o total 2.2 Concepto de flujo convectivo a través de una superficie 2.3 Concepto de Circulación 2.4 Líneas de corriente, trayectoria y traza 2.4.1 Líneas de Senda o Trayectoria 2.4.2 Líneas de Traza 2.4.3 Líneas de Corriente 2.4.4 Concepto de línea fluida 2.5 Concepto de vorticidad e irrotacionalidad 2.6 Estudio cinemático del movimiento de una partícula Problemas 5. Variación del volumen de fluido al variar parámetros termodinámicos 6. Cálculo de parámetros cinemáticos, aceleración, vorticidad 7. Cálculo de parámetros cinemáticos, líneas de corriente, traza y trayectoria 8. Cálculo global de parámetros cinemáticos Cap. 3 Estática de fluidos 3.1 Ecuación diferencial de la estática de fluidos 3.2 Ecuación diferencial del movimiento del fluido como sólido rígido 3.3 Ecuación diferencial del movimiento del fluido como sólido rígido, coordenadas cilíndricas 3.4 Fuerzas sobre superficies planas 3.5 Fuerzas sobre superficies curvas 3.6 Fuerzas sobre volúmenes sumergidos Problemas 9. Fuerzas sobre cuerpos sumergidos, esfera 10. Cuerpos sumergidos entre dos fluidos 11. Fuerzas sobre superficies 12. Fluido como sólido rígido Cap. 4 Ecuaciones fundamentales de la Mecánica de Fluidos 4.1 Introducción. Ecuación de transporte de Reynolds 4.2 Ecuación de continuidad de la masa en forma integral 4.2.1 Ecuacion de continuidad, en modo diferencial Problemas 13. Vaciado de un depósito troncocónico convergente 14. Vaciado de un depósito troncocónico divergente 15. Flujo que fluye por un conducto divergente 16. Vaciado de un depósito con múltiples agujeros 17. Evolución de un fluido de densidad variable por un conducto 18. Variación temporal de la presión en un cilindro 19. Evolución del fluido compresible en una suspensión hidráulica Cap. 5 Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento 5.1 Forma integral 5.2 Forma diferencial de la ecuación de cantidad de movimiento 5.3 Ecuación de cantidad de movimiento en forma integral y para sistemas no inerciales de coordenadas 5.4 Ecuación de cantidad de movimiento en forma diferencial para sistemas no inerciales Problemas 20. Fuerza de un chorro sobre una superficie semiesférica 21. Cantidad de movimiento sobre una superficie cónica 22. Fuerza del fluido sobre un azud 23. Fuerza de un chorro sobre un álabe 24. Fuerza de reacción sobre un depósito móvil 25. Principio de funcionamiento de un helicóptero 26. Fuerza de reacción de un motor de avión 27. Aceleración de un cohete 28. Movimiento de un avión de pasajeros 29. Sistemas no inerciales de coordenadas I 30. Sistemas no inerciales de coordenadas II 31. Fuerzas actuantes en el interior de una servoválvula Cap. 6 Ecuación del momento de la cantidad de movimiento, momento cinético 6.1 Ecuación del momento cinético para sistemas inerciales de coordenadas 6.2 Aplicación de la ecuación del momento cinético a turbomáquinas 6.3 Ecuación de momento cinético para sistemas no inerciales de coordenadas Problemas 32. Aplicación a un aspersor giratorio 33. Turbina Pelton 34. Aspersor con álabes 35. Helicóptero 36. Aspersor inclinado Cap. 7 Ecuación de conservación de la energía 7.1 Introducción 7.2 Composición del término trabajo 7.3 Ecuación de la energía para turbomáquinas, caso máquinas térmicas e hidráulicas 7.4 Forma diferencial de la ecuación de la energía Problemas 37. Compresor 38. Bombeo de combustible 39. Hovercraft 40. Turbina axial Cap. 8 Flujo con viscosidad dominante 8.1 Flujo entre dos placas paralelas 8.2 Flujos independientes del tiempo 8.2.1 Flujo de Couette - Poiseulle plano 8.2.2 Flujo de Couette 8.2.3 Flujo de Hagen-Poiseulle o Poiseulle plano 8.3 Flujo dependiente del tiempo 8.3.1 Flujo de Rayleich 8.4 Flujo estacionario en conductos circulares 8.4.1 Flujo de Poiseulle 8.5 Concepto de pendiente motriz 8.6 Flujo en un conducto anular 8.6.1 Considérese ahora el caso en que ambos cilindros son estacionarios pero existe una diferencia de presión entre los extremos de los cilindros 8.6.2 Caso genérico de flujo entre dos cilindros concéntricos, en donde existe desplazamiento en dirección axial de ambos cilindros y gradiente de presiones entre extremos de los cilindros 8.7 Flujo entre cilindros concéntricos giratorios 8.8 Flujos con aceleración despreciable 8.8.1 Introducción 8.8.2 Teoría de la lubricación de Reynolds. Flujo unidireccional. 8.8.2.1 Cojinetes hidrostáticos planos, patín de Michel. 8.8.2.2 Ecuación de lubricación de Reynolds para flujo bidimensional unidireccional. Coordenadas cartesianas 8.8.2.3 Ecuación de lubricación de Reynolds para flujo bidireccional, tridimensional. Coordenadas cartesianas 8.8.2.4 La ecuación de lubricación de Reynolds en régimen transitorio, flujo bidimensional tridireccional. Coordenadas cartesianas 8.8.3 Flujos con aceleración despreciable. Cojinetes cilíndricos cargados estáticamente Problemas 41. Flujo entre dos cilindros concéntricos giratorios 42. Flujo radial entre dos cilindros concéntricos 43. Cojinete esférico 44. Flujo radial entre dos placas planas 45. Patín deslizante con ranura 46. Patín deslizante inclinado 47. Flujo entre pistón y camisa 48. Flujo transitorio en un conducto 49. Cojinete hidrodinámico cilíndrico I 50. Cojinete hidrodinámico cilíndrico II 51. Caudal de fugas en una mini turbina 52. Patín de Michel 53. Flujo de pérdidas en la placa de cierre de una bomba de pistones 54. Patín deslizante mixto 55. Flujo en una válvula de asiento cónico Cap. 9 Análisis adimensional 9.1 Introducción 9.2 Fundamentos del análisis adimensional 9.3 Teorema de ? ó Buckingham 9.3.1 Caso del cálculo de las pérdidas de energía en una tubería 9.4 Extensión del ejemplo utilizando el método matricial 9.5 Método de normalización de las ecuaciones o método del análisis inspeccional 9.6 Algunos de los grupos adimensionales más comunes en Mecánica de Fluidos son: 9.7 Pruebas con modelos, extrapolación de resultados Problemas 56. Grupos adimensionales que caracterizan el flujo incompresible en conductos 57. Grupos adimensionales que caracterizan el flujo compresible en conductos 58. Grupos adimensionales para una turbomáquina que opera con fluido compresible 59. Grupos adimensionales para un vertedero triangular 60. Grupos adimensionales aplicables a barcos Cap. 10 Flujo interno 10.1 Introducción 10.2 Tipos de flujo 10.3 Establecimiento de flujo en un conducto 10.4 Primera ley de la termodinámica aplicada al flujo en tuberías 10.5 El término de pérdidas 10.6 Pérdidas menores o singulares 10.7 Casos posibles de problemas en sistemas de tuberías 10.8 Conductos en serie y en paralelo, y conductos ramificados 10.8.1 Características de los sistemas en serie 10.8.2 Características de los sistemas en paralelo 10.9 Concepto de longitud equivalente 10.10 Conductos no circulares. Concepto de diámetro hidráulico 10.11 Sistemas de conductos ramificados Problemas 61. Flujo en conductos ramificados 62. Flujo entre dos depósitos 63. Central térmica 64. Sistema de tres depósitos 65. Sistema con múltiples depósitos Cap. 11 Capa límite, flujo externo, flujo potencial 11.1 Capa límite 11.1.1 Introducción 11.1.2 Efectos de la capa límite sobre el flujo, concepto de espesor de desplazamiento de la capa límite 11.1.3 Concepto de espesor de cantidad de movimiento para la capa límite 11.1.4 Ecuación diferencial de Prandtl para el análisis de la capa límite 11.1.5 Ecuación integral de cantidad de movimiento para la capa límite. Ecuación de Von Karman 11.1.6 Evaluación de los parámetros de la capa límite para el flujo sobre una placa plana 11.1.6.1 Características para la capa límite en la región laminar 11.1.6.2 Capa límite turbulenta 11.2 Flujo externo 11.2.1 Introducción 11.2.2 Fuerza sobre cuerpos, resistencia y sustentación 11.2.3 Conceptos de vórtice libre y vórtice forzado 11.2.4 El teorema de Kutta-Joukowsky (válido para flujo subsónico) 11.2.5 Sustentación sobre cilindros y esferas giratorias, efecto Magnus 11.3 Introducción al Flujo Potencial 11.3.1 Ecuaciones de Euler y Bernoulli 11.3.2Concepto de potencial de velocidades y función de corriente Problemas 66. Capa límite en una embarcación 67. Capa límite en una aeronave 68. Capa límite en conductos sumergidos 69. Efecto Magnus I 70. Distribución de presión en un tornado 71. Efecto Magnus II 72. Vórtices bajo las alas de aeronaves Cap. 12 Golpe de ariete 12.1 Fenómeno físico 12.2 Expresiones para obtener el valor de la presión máxima o sobrepresión en el conducto 12.3 Estudio temporal de las perturbaciones de presión en un punto genérico del conducto 12.4 Ecuaciones diferenciales que caracterizan el fenómeno del golpe de ariete 12.4.1 Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento 12.4.2 Ecuación de continuidad 12.4.3 Modificación de las ecuaciones de continuidad y cantidad de movimiento para que puedan ser aplicadas a transitorios y conductos deformables 12.4.4 Simplificación de las ecuaciones de continuidad y cantidad de movimiento en régimen transitorio Problemas 73. Golpe de ariete I 74. Golpe de ariete II Cap. 13 Flujo compresible 13.1 Relaciones termodinámicas 13.2 Concepto de propiedades de estancamiento 13.3 Estudio de la propagación de una onda débil en un fluido compresible. Concepto de velocidad del sonido y el número de Mach. Límite de incompresibilidad 13.4 Relación entre el número de Mach y las propiedades de estancamiento del Fluido 13.5 El cono de Mach 13.6 Características de las ondas de choque 13.7 Estudio del flujo isentrópico y estacionario para un gas ideal 13.8 Condiciones críticas 13.9 Flujo unidimensional en un conducto de área variable 13.9.1 Concepto de caudal de bloqueo 13.9.2 Evolución del flujo en una tobera convergente 13.9.3 Evolución del flujo en una tobera convergente divergente 13.10 Flujo compresible unidimensional estacionario en conductos de sección constante 13.10.1 Flujo adiabático sin transferencia de calor y con fricción, flujo de Fanno 13.10.2 Flujo compresible isotérmico con fricción en una conducción larga de sección constante 13.10.2.1 Concepto de condición límite en flujo isotérmico con fricción 13.10.3 Flujo compresible estacionario con transferencia de calor y sin fricción. Flujo de Rayleigh 13.10.3.1 Ecuaciones gobernantes 13.10.3.2 Características del fluido para condiciones de máxima entalpía y máxima entropía 13.10.3.3 Intersección entre las líneas de Fanno y Rayleigh 13.10.3.4 Propiedades termodinámicas de flujo estacionario unidimensional con adición de calor Problemas 75. Descarga de un depósito 76. Flujo compresible entre dos depósitos 77. Aplicación del método de Bergh-Tijdemann 78. Flujo compresible en conductos de sección constante I 79. Flujo compresible en conductos de sección constante II 80. Ondas de choque oblicuas 81. Tobera supersónica Nomenclatura Bibliografía | es |
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