Publication: Mecànica de fluidos: Breve introducción teórica con problemas resueltos
| dc.contributor.author | Bergadà Granyó, Josep Maria | |
| dc.date.accessioned | 2025-06-18T23:17:45Z | |
| dc.date.available | 2025-01-01 | es |
| dc.date.issued | 2017-12-31 | 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, precisen 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 repaso de la temática presentada. | 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. Principio de Arquímedes extendido a multifluidos 12. Fuerzas sobre superficies 13. Fluido como sólido rígido 14. Depósito parcialmente sumergido Cap. 4 Ecuaciones fundamentales de la Mecánica de Fluidos. Ecuación de continuidad. 4.1 Introducción. Ecuación de transporte de Reynolds 4.2 Ecuación de continuidad de la masa en forma integral 4.2.1 Ecuación de continuidad, en modo diferencial Problemas 15. Vaciado de un depósito troncocónico convergente 16. Vaciado de un depósito troncocónico divergente 17. Flujo que fluye por un conducto divergente 18. Vaciado de un depósito con múltiples agujeros 19. Vaciado de un depósito cónico con 3 agujeros 20. Evolución de un fluido de densidad variable por un conducto 21. Conducto circular de sección variable 22. Ecuación de continuidad aplicada a cilindros cerrados 23. Variación temporal de la presión en un cilindro 24. Evolución del fluido compresible en una suspensión hidráulica 25. Estudio de un amortiguador simple 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 26. Fuerza de un chorro sobre una superficie semiesférica 27. Cantidad de movimiento sobre una superficie cónica 28. Fuerza del fluido sobre un azud 29. Fuerza de un chorro sobre un álabe 30. Fuerza sobre álabes móviles 31. Fuerza de reacción sobre un depósito móvil 32. Flujo sobre un vehículo móvil 33. Principio de funcionamiento de un helicóptero 34. Fuerza de reacción de un motor de avión 35. Aceleración de un cohete 36. Movimiento de un avión de pasajeros 37. Sistemas no inerciales de coordenadas I 38. Sistemas no inerciales de coordenadas II 39. 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 40. Momento cinético aplicado a un sistema estático 41. Aplicación a un aspersor giratorio 42. Aspersor en forma de Y 43. Aspersor con tres brazos 44. Turbina Pelton 45. Aspersor con álabes 46. Helicóptero 47. Aspersor inclinado 48. Aspersor en forma de doble L 49. Aspersor sometido a flujo transitorio 50. Aspersor con 8 tramos 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 51. Compresor 52. Aplicación de la ecuación energía en régimen transitorio 53. Ecuación de la energía en régimen transitorio y conducto esférico 54. Ecuación de la energía en régimen transitorio y conducto divergente 55. Bombeo de combustible 56. Hovercraft 57. 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 Hagen-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 hidrostaticos planos, patin de Michel 8.8.2.2 Ecuacion de lubricacion de Reynolds para flujo bidimensional unidireccional. Coordenadas cartesianas 8.8.2.3 Ecuacion de lubricacion de Reynolds para flujo bidireccional, tridimensional. Coordenadas cartesianas 8.8.2.4 La ecuacion de lubricacion de Reynolds en regimen transitorio, flujo bidimensional tridimensional. Coordenadas cartesianas 8.8.2.5 Ecuacion de lubricacion de Reynolds en coordenadas cilindricas 8.8.3 Flujos con aceleracion despreciable. Cojinetes cilindricos cargados estaticamente Problemas 58. Flujo entre dos cilindros concentricos giratorios 59. Flujo radial entre dos cilindros concentricos 60. Cojinete esferico 61. Flujo radial entre dos placas planas 62. Patin deslizante con ranura 63. Patin deslizante inclinado 64. Flujo entre piston y camisa 65. Flujo transitorio en un conducto 66. Cojinete hidrodinamico cilindrico I 67. Cojinete hidrodinamico cilindrico II 68. Flujo entre cilindros concentricos con variacion de temperatura 69. Caudal de fugas en una mini turbina 70. Patin de Michel 71. Flujo de perdidas en la placa de cierre de una bomba de pistones 72. Patin deslizante mixto 73. Flujo en una valvula de asiento conico Cap. 9 Analisis adimensional 9.1 Introduccion 9.2 Fundamentos del analisis adimensional 9.3 Teorema de ƒÎ o Buckingham 9.3.1 Caso del calculo de las perdidas de energia en una tuberia 9.4 Extension del ejemplo utilizando el metodo matricial 9.5 Metodo de normalizacion de las ecuaciones o metodo del analisis inspeccional 9.6 Algunos de los grupos adimensionales mas comunes en Mecanica de Fluidos son: 9.7 Pruebas con modelos, extrapolacion de resultados Problemas 74. Grupos adimensionales que caracterizan el flujo incompresible en conductos 75. Grupos adimensionales que caracterizan el flujo compresible en conductos 76. Grupos adimensionales para una turbomáquina que opera con fluido compresible 77. Grupos adimensionales para un vertedero triangular 78. 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 79. Flujo en conductos ramificados 80. Flujo entre dos depósitos 81. Central térmica 82. Sistema de tres depósitos 83. Sistema con múltiples depósitos. Resolución numérica 84. Sistema con múltiples depósitos 85. Pérdidas de energía en un túnel de viento 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 Efecto del gradiente de presión en la capa límite 11.1.6 Ecuación integral de cantidad de movimiento para la capa límite. Ecuación de Von Karman 11.1.7 Evaluación de los parámetros de la capa límite para el flujo sobre una placa plana 11.1.7.1 Características para la capa límite en la región laminar 11.1.7.2 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 86. Capa límite en una embarcación 87. Capa límite en una aeronave 88. Capa límite en conductos sumergidos 89. Efecto Magnus I 90. Distribución de presión en un tornado 91. Efecto Magnus II 92. 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 93. Golpe de ariete I 94. 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 planas 13.7 Estudio del flujo isentrópico y estacionario para un gas ideal 13.8 Condiciones críticas 13.9 Flujo unidimensional de un fluido comprensible evolucionando a lo largo de un conducto de sección 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 13.11 Introducción a las ondas de choque oblicuas 13.11.1 Ondas de choque oblicuas para gases ideales 13.11.2 Curva polar para las ondas de choque oblicuas 13.11.3 Flujo supersónico sobre superficies en forma de cuña plana y superficies cónicas 13.11.3.1 Características del flujo sobre una cuña 13.11.3.2 Características del flujo sobre una superficie cónica 13.11.3.2.1 Formulación matemática de las ondas de choque sobre superficies cónicas, de acuerdo con Taylor y Maccoll 13.11.4 Reflexión de ondas de choque oblicuas bidimensionales sobre una superfície sólida 13.12 Ondas de expansión simples o bien ondas de expansión de Prandtl-Meyer 13.12.1 Ejemplos de aplicación Problemas 95. Conducto con diferentes longitudes 96. Determinación del diámetro optimo 97. Descarga de un depósito 98. Flujo de vapor entre dos depósitos 00. Tablas de Flujo isentrópico 00. Tablas de Flujo de Fanno 99. Aplicación del método de Bergh-Tijdemann 100. Flujo de aire saliendo por conjunto conducto-tobera 101. Flujo compresible en conductos de sección constante I 102. Flujo compresible en conductos de sección constante II 103. Evaluación de diversos conductos que unen dos depósitos 104. Flujo a lo largo de conductos unidos mediante una tobera convergente 105. Flujo a lo largo de conductos unidos mediante una tobera divergente 106. Tobera supersónica convergente divergente 107. Descarga de un depósito a través de una válvula 108. Tobera supersónica y conducto con onda de choque 109. Ondas de choque oblicuas 110. Tobera supersónica aplicada a cohetes 111. Aplicación de ondas de choque oblicuas y Prandtl-Meyer Nomenclatura Bibliografía | es |
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