Fundamentos de la mecánica de fluidos | Todos sus conceptos importantes

¿Qué es la mecánica de fluidos?

La mecánica de fluidos se puede elaborar como el estudio de fluidos y sistemas de fluidos por su comportamiento físico, leyes que gobiernan, acciones de diferentes energías y diferentes patrones de flujo.

El líquido se subdivide en dos tipos:

  1. Líquido
  2. Parrilla de gas

La mecánica de fluidos es un tema de ingeniería que será útil en muchas disciplinas de la ingeniería. El tema de la mecánica de fluidos es importante en ingeniería mecánica, ingeniería civil, ingeniería química e ingeniería ambiental, etc.

Incluso el estudio de la geología, la geofísica, la ciencia oceánica y la nanociencia también requieren algunos conocimientos de mecánica de fluidos y dinámica de fluidos.

Es interesante para usted que algunas leyes básicas de la mecánica de fluidos estén involucradas en la educación primaria y secundaria, por lo que se puede esperar que sea un tema familiar para usted.

¿Cuáles son las ramas de la mecánica de fluidos?

Hay tres ramas de la mecánica de fluidos basadas en fuerzas y energía.

Hidrostático:

La hidrostática se puede definir como la mecánica de fluidos que estudia cuando el fluido o elemento fluido está en reposo. Significa que no hay flujo de fluido. No hay esfuerzos cortantes.

Podemos tomar un ejemplo de fluido en reposo como una presa, estanque, etc.

Mecánica de fluidos: presa de estructura hidrostática
Presa de estructura hidrostática

La presa es un ejemplo muy conocido de rama hidrostática. En vacaciones, es posible que haya visitado alguna presa famosa cerca de usted.

Cinemática:

La cinemática es el estudio de la mecánica de fluidos sobre los movimientos de fluidos como traslación, rotación o deformación. Recuerde-> No se tienen en cuenta las fuerzas y la energía que actúan sobre el fluido (Fluido en movimiento) en este estudio.

Aquí, el fluido está fluyendo, por lo que podemos tomar un ejemplo de fluido que fluye en un río, canal, etc.

Dinámica:

La dinámica de fluidos es un estudio completo del flujo de fluidos. Estudia la velocidad, aceleración, fuerzas y energías que actúa sobre el fluido en movimiento.

Aquí, el estudio del fluido que fluye (Fluido en movimiento) se lleva a cabo considerando las fuerzas y la energía que actúa sobre él. El ejemplo de dinámica de fluidos es el flujo de combustible dentro del inyector de combustible diesel, el flujo de líquido dentro de la bomba, el flujo de fluido dentro de la turbina, etc.

Flujo de fluido | ¿Qué es el flujo de fluidos?

Cuando un gas o un líquido viaja o mueve un fluido de un punto (destino) a otro punto, podemos llamarlo flujo de fluido.

Entendamos en otra palabra, la tendencia a la deformación continua del fluido se conoce como fluidez. La acción de esta deformación continua se conoce como flujo de fluido.

Flujo de viento sobre el vehículo

Por ejemplo, flujo de viento, flujo en el río, olas en el mar, flujo de líquido en tuberías, etc.

Clasificación de fluido

En término común, hay dos tipos de líquido como se indica a continuación,

  1. Fluido ideal
  2. Fluido real

¿Cuál es el fluido ideal?

Primero, tenga en cuenta que “no existe un fluido ideal en la naturaleza y es un fluido imaginario”. En la práctica, estamos considerando el agua y el aire como un fluido ideal para muchos estudios debido a su menor viscosidad.

El agua es incompresible, por lo que está más cerca de un fluido ideal en comparación con el aire.

El fluido ideal posee las siguientes características,

  • Incompresible
  • No viscoso (Inviscid)
  • Sin fricción (sin fricción)
  • Sin tensión superficial

El fluido ideal no posee viscosidad. Significa que la fricción no existe en el fluido. El fluido ideal es nuestra imaginación de fluido estándar con características superiores. En la naturaleza, siempre hay resistencia a la fricción cuando existe algún movimiento.

¿Qué es el fluido real?

Todo el fluido de la naturaleza puede considerarse real. Veamos porque

Posee la mayoría de las características prácticas,

  • Viscoso
  • Compresible
  • Fricción
  • Tensión superficial

Principios de la dinámica de fluidos

Algunos de los principios básicos de dinámica de fluidos se enumeran a continuación para su información. El estudio de cada principio en detalle con nuestros próximos artículos lo llevará en profundidad a la dinámica de fluidos.

  • Conservación de masa, momento y energía
  • Ley de la viscosidad de Newton
  • Principios de continuidad
  • Ecuación de momento y energía
  • Ecuación de Euler
  • Teorema de Bernoulli
  • Principio de Arquimedes
  • Ley de pascal
  • Leyes de similitudes y modelo
  • Método de Rayleigh y teorema del pi de Buckingham
  • Ecuación de acciones de Navier
  • Ecuación de Reynold y Darcy

Estos principios son útiles ya que muchos de los enfoques y técnicas de análisis se utilizan en problemas de mecánica de fluidos. Se comprenderá bien cuando se encuentre con problemas reales en la mecánica de fluidos.

Aplicaciones de mecánica de fluidos

El tema de la mecánica de fluidos abarca numerosas aplicaciones tanto en el ámbito doméstico como en el industrial. Algunas de las aplicaciones se enumeran a continuación,

  • La red de canales de distribución de agua y tuberías en el ámbito doméstico e industrial.
  • La maquinaria hidráulica y las estructuras hidráulicas están diseñadas en base a la mecánica de fluidos. Maquinaria hidráulica: turbinas, bombas, válvulas, acoplamientos hidráulicos, actuadores, etc.
Vista en sección transversal de la bomba centrífuga [Crédito de la imagen]

Estructuras hidráulicas: Canal, presas, presas, tanques aéreos, etc.

  • Los fundamentos de la dinámica de fluidos se pueden utilizar para diseñar aviones supersónicos, misiles, turbinas de gas, motores de cohetes, torpedos, submarinos, etc.
  • Las plantas de energía como la energía hidroeléctrica, la energía térmica (vapor), la energía de la turbina de gas utilizan la mecánica de fluidos.
Turbina [Crédito de la imagen. Poder mag]
  • La mecánica de fluidos tiene amplias aplicaciones en dispositivos de medición de instrumentos de medición de presión, velocidad y flujo.

Medición de presión: manómetro de tubo Bourdon, vacuómetro, manómetro, etc.

Instrumentos de medición de velocidad y flujo: tubo de Pitot, medidor de corriente, medidor de venturi, medidor de orificio, rotámetro, etc.

Venturímetro [Crédito de la imagen]
  • Algunas de las materias científicas como oceanografía, meteorología, geología, etc. también requieren dinámica de fluidos.
  • Los diversos dispositivos de control de fluidos neumáticos e hidráulicos
  • Incluso si consideramos que la sangre que fluye dentro de la vena humana posee dinámica de fluidos

En la naturaleza, hay muchos procesos regidos por la mecánica de fluidos y las leyes de la dinámica de fluidos. Ejemplo: aumento del agua subterránea hasta la cima del árbol, ciclo del agua de lluvia, flujo del viento y olas, olas del océano, patrones climáticos, etc.

Entendamos algunas aplicaciones prácticas de la dinámica de fluidos, con las que se familiarizará mucho con usted.

Puede tener su vehículo automóvil, bicicleta o automóvil. Usted sabe que el aire se infiltra dentro de los neumáticos del vehículo con presión, por lo que posee leyes de presión.

En segundo lugar, el amortiguador está lleno de aceite que absorbe sacudidas o golpes. El aceite se presurizará y proporcionará amortiguación a su vehículo. Existen numerosas aplicaciones diarias en su vida que se rigen total o parcialmente por la mecánica o la dinámica de fluidos.

Unidades y dimensiones

Dado que nuestro tema es la mecánica de fluidos, estudiaremos una variedad de características de fluidos; es un requisito seguir un sistema para indicar estos atributos, tanto cualitativa como cuantitativamente.

El aspecto cualitativo describe para encontrar la naturaleza, o tipo, de las características como longitud, tiempo, estrés, temperatura, velocidad y presión en el lado siguiente, el aspecto cuantitativo indica una medida de valor de los atributos.

Una dimensión se puede definir como una descripción de cantidades medibles o atributos de un objeto, como masa, longitud, temperatura, presión, tiempo, etc.

La comprensión de la unidad puede considerarse como el estándar para medir la dimensión o la calidad.

Para comprender la diferencia entre unidades y dimensiones, tomemos un ejemplo de la distancia entre Mumbai y Goa.

El término longitud se utiliza para describir el concepto cualitativo de cantidad física.

El término unidad indica la magnitud de la distancia entre Mumbai y Goa en nuestro ejemplo. Esta distancia se puede expresar en metros, kilómetros o millas.

Hay cuatro dimensiones fundamentales que se utilizan en el sistema de dimensionamiento físico. En el sistema SI (estándar internacional), las dimensiones son masa, longitud, tiempo y temperatura. ¿Entendamos cómo funciona?

Sistema internacional (SI). En 1960, el 11th Conferencia General organizada sobre Pesos y Medidas, el organismo internacional responsable de la gestión de patrones de medidas precisos y sistemáticos, aceptó debidamente el Sistema Internacional de Unidades como estándar internacional. Este sistema, generalmente denominado SI, ha sido ampliamente aceptado en todo el mundo y se utiliza ampliamente.

Masa (M)Kilogramokg
Longitud (L)Metrom
Tiempo (t)Segundos
Temperatura (K)KelvinK

Estas son las unidades fundamentales del sistema SI. Otras todas las unidades de cualquier propiedad física se pueden derivar sobre la base de estas cuatro unidades. Tomemos algún ejemplo para entenderlo mejor.

Trabajo

 Has oído hablar del trabajo. La unidad de trabajo es Joule. Ahora ampliamos su unidad.

En otras palabras, es una transferencia de energía de cualquier objeto cuando se mueve de un lugar a otro. La fuerza puede ser positiva o negativa.

Trabajo = Fuerza * Distancia

El newton (N) es una unidad de fuerza y ​​la unidad metro es una unidad de distancia. Entonces, la unidad de trabajo,

Unidad de trabajo = Newton * metro = N * m = Joule (J)

Densidad

La fórmula de densidad se da a continuación.

Densidad = masa por unidad de volumen

Aquí, la unidad de masa es kg, la unidad de volumen es m3.

La unidad de densidad es kg / m3

La densidad del agua se considera 1000 o 997 kg / m3. La densidad del aire es de 1.225 kg / m3

Esto significa que el agua se considera densa estándar y es más pesada que muchos otros líquidos. El aire es significativamente más ligero y es un fluido altamente compresible.

Poder

La definición de poder se da como la capacidad de realizar un trabajo en una unidad de tiempo. O podemos decir trabajo realizado por unidad de tiempo.

Potencia = Trabajo realizado por unidad de tiempo.

La unidad de trabajo es Joule (J) y la unidad de tiempo es segundo (s).

La unidad de potencia se deriva como J / s (Joule / segundo). La unidad Joule / segundo se conoce en general como vatio (w).

Preguntas y Respuestas

¿Cuáles son los tipos de fluidos según el estado?

Según el estado, existen dos tipos de fluidos.

  1. Líquido
  2. Parrilla de gas

Dé el nombre de las ramas de la mecánica de fluidos.

  1. Hidrostática
  2. Cinemática de fluidos
  3. dinámica de fluidos

¿Qué es el fluido real?

Posee la mayoría de las características prácticas,

  1. Viscoso
  2. Compresible
  3. Fricción
  4. Tensión superficial

Definir: dimensión y unidad

Una dimensión se puede definir como una descripción de cantidades medibles o atributos de un objeto, como masa, longitud, temperatura, presión, tiempo, etc.

La comprensión de la unidad puede considerarse como el estándar para medir la dimensión o la calidad.

Dé cuatro dimensiones fundamentales de SI (Standard International).

Masa (M)
Longitud (L)
Tiempo (t)
Temperatura (K)

¿Qué es el sistema SI (estándar internacional)?

Sistema internacional (SI). En 1960 el 11th Conferencia General organizada sobre Pesos y Medidas, el organismo internacional responsable de la gestión de patrones de medidas precisos y sistemáticos, aceptó debidamente el Sistema Internacional de Unidades como estándar internacional.

Enumere tres aplicaciones de la mecánica de fluidos.

  • Diseñar aviones supersónicos
  • La red de canales de distribución de agua
  • Los diversos dispositivos de control de fluidos neumáticos e hidráulicos

¿Qué son los instrumentos de medición de presión?

  • Manómetro de muelle tubular
  • Indicador de vacio
  • manómetro

Dé tres nombres de principios de mecánica de fluidos.

  • Teorema de Bernoulli
  • Método de Rayleigh y teorema del pi de Buckingham
  • Principio de Arquimedes

MCQ sobre artículos

Elija la rama de mecánica de fluidos; el estudio incluye la fuerza y ​​la energía actúa sobre el fluido en movimiento?

(a) Hidroestática (b) Cinemática de fluidos         (c) Dinámica de fluidos            (d) Ninguno

¿En cuál de las siguientes ramas de la mecánica de fluidos no hay esfuerzo cortante o movimiento de fluidos?

(a) Hidroestática               (b) Cinemática de fluidos (c) Dinámica de fluidos (d) Ninguna

Un fluido ideal se conoce como el fluido que es________

(A) Incompresible          (b) Compresible (c) Viscoso (d) Ninguno

Un fluido real es aquel que posee ________

(a) Incomprimible          (b) Viscoso             (c) Inviscid (d) Sin fricción

¿Cuál de los siguientes es el principio básico de la dinámica de fluidos?

(a) Ley de enfriamiento de Newton         (b) Ley de viscosidad de Newton

(c) Ley de engranajes (d) Stefan-Boltzmann

¿Cuál de las siguientes es la maquinaria hidráulica?

(a) Engranaje en espiral (b) Eje del cigüeñal  (c) Turbina          (d) perforación

Elija el nombre de la estructura hidráulica de las siguientes opciones.

(a) viga de la casa (b) Estructura de la máquina     (c) Presa (d) Ninguno

¿Cuál de los siguientes es un dispositivo de medición de flujo?

(a) Rotámetro   (b) Manómetro de tubo Bourdon (c) Manómetro (d) Ninguno

¿Cuál es la unidad de poder?

(a) J / s    (b) J (c) Nm (d) K

¿Cuál es la unidad de densidad?

(a) kg (b) m / s (c) kg / m3 (d) m2

Conclusión

Este artículo es útil para obtener los conocimientos básicos sobre la mecánica de fluidos fundamental. El artículo incluye una comprensión de algunos términos básicos como hidrostática, cinemática de fluidos y dinámica de fluidos. Se proporciona la lista de varios principios y aplicaciones de la mecánica de fluidos para tener una idea sobre el tema y los temas de aprendizaje futuro. Por último, las definiciones de dimensión y unidad se dan con ejemplos detallados.

Este artículo le enseña a visualizar y recordar aplicaciones de la mecánica de fluidos en su vida diaria. Tienes que colaborar con aplicaciones con principios de mecánica de fluidos.

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Sobre Deepakkumar Jani

Soy Deepak Kumar Jani, estoy cursando un doctorado en energía mecánica renovable. Tengo cinco años de experiencia docente y dos de investigación. Mi área temática de interés es la ingeniería térmica, la ingeniería automotriz, la medición mecánica, el dibujo técnico, la mecánica de fluidos, etc. He presentado una patente sobre "Hibridación de energía verde para la producción de energía". He publicado 17 artículos de investigación y dos libros.
Me complace ser parte de Lambdageeks y me gustaría presentar parte de mi experiencia de una manera simplista a los lectores.
Aparte de lo académico y la investigación, me gusta vagar por la naturaleza, capturar la naturaleza y crear conciencia sobre la naturaleza entre las personas.
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