Mecánica de Fluidos

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 ?Î 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