Prefacio xi

Factores de conversin de unidades BG al SI xivTabla de ecuaciones xvi

Captulo 1Introduccin 3

1.1. Notas preliminares 31.2. Historia y perspectiva de la Mecnica de

Fluidos 41.3. Tcnicas de resolucin de problemas 51.4. Concepto de fluido 61.5. El fluido como medio continuo 81.6. Dimensiones y unidades 91.7. Propiedades del campo de velocidad 171.8. Propiedades termodinmicas de un fluido 181.9. Viscosidad y otras propiedades secundarias 251.10. Tcnicas bsicas de anlisis de los flujos 401.11. P atrones de flujo: lneas de corriente, sendas y lneas de traza 401.12. El resolvedor de ecuaciones de ingeniera 451.13. Incertidumbre de los datos experimentales 461.14. El Examen de Fundamentos de Ingeniera (FE) 47

Problemas 48Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniera 56Problemas extensos 57Referencias 60

Captulo 2Distribucin de presiones en un fluido 63

2.1. Presin y gradiente de presin 632.2. Equilibrio de una partcula fluida 652.3. Distribucin de presiones en hidrosttica 66

2.4. Aplicacin a la medida de presiones 732.5. Fuerzas hidrostticas sobre superficies planas 762.6. Fuerzas hidrostticas sobre superficies curvas 842.7. Fuerzas hidrostticas en fluidos estratificados 872.8. Flotacin y estabilidad 892.9. Distribucin de presiones en movimiento como

slido rgido 952.10. Medida de la presin 103

Resumen 107Problemas 107Problemas conceptuales 130Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniera 130Problemas extensos 131Proyectos de diseo 133Referencias 134

Captulo 3Relaciones integrales para un volumen de control 137

3.1. Leyes bsicas de la Mecnica de Fluidos 1373.2. Teorema del transporte de Reynolds 1413.3. Conservacin de la masa 1483.4. Conservacin de la cantidad de movimiento 1533.5. Teorema del momento cintico 1673.6. Ecuacin de la energa 1723.7. Flujo sin friccin: la ecuacin de Bernoulli 183

Resumen 192 Problemas 193Problemas conceptuales 220Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniera 221Problemas extensos 222Proyectos de diseo 223Referencias 223

Contenido

vii

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Captulo 4Relaciones diferenciales para una partcula fluida 225

4.1. El campo de aceleraciones de un fluido 2264.2. La ecuacin diferencial de conservacin

de la masa 2274.3. La ecuacin de la cantidad de movimiento en

forma diferencial 2344.4. La ecuacin diferencial del momento cintico 2404.5. La ecuacin diferencial de la energa 2424.6. Condiciones de contorno para las ecuaciones

bsicas 2444.7. La funcin de corriente 2494.8. Vorticidad e irrotacionalidad 2574.9. Flujos irrotacionales no viscosos 2594.10. Al gunos flujos viscosos incompresibles

ilustrativos 264Resumen 271Problemas 273Problemas conceptuales 283Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniera 284Problemas extensos 284Referencias 285

Captulo 5Anlisis dimensional y semejanza 287

5.1. Introduccin 2875.2. El principio de homogeneidad dimensional 2905.3. El teorema pi 2965.4. Adimensionalizacin de las ecuaciones bsicas 3065.5. La modelizacin y sus dificultades 315

Resumen 327Problemas 327Problemas conceptuales 336Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniera 336Problemas extensos 337Proyectos de diseo 338Referencias 339

Captulo 6Flujo viscoso en conductos 341

6.1. Regmenes en funcin del nmero de Reynolds 3416.2. Flujos internos y flujos externos 3466.3. Prdida de carga; el coeficiente de friccin 349

6.4. Flujo laminar completamente desarrollado en conductos circulares 351

6.5. Modelizacin de la turbulencia 3536.6. Flujo turbulento en conductos circulares 3596.7. Cuatro tipos de problemas sobre flujo en tubos 3676.8. Flujo en conductos no circulares 3736.9. Prdidas localizadas en sistemas de tuberas 3826.10. Sistemas de tuberas 3916.11. Experimentacin de flujos en conductos:

actuaciones de un difusor 3976.12. Medidores en fluidos 402

Resumen 423Problemas 424Problemas conceptuales 442Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniera 443Problemas extensos 443Proyectos de diseo 445Referencias 446

Captulo 7Flujo alrededor de cuerpos 449

7.1. Efectos geomtricos y del nmero de Reynolds 4497.2. Mtodos integrales en la teora

de la capa lmite 4537.3. Las ecuaciones de la capa lmite 4567.4. Capa lmite sobre una placa plana 4597.5. Capa lmite con gradiente de presin 4687.6. Experimentacin en flujos externos 474

Resumen 501Problemas 501Problemas conceptuales 515Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniera 515Problemas extensos 516Proyectos de diseo 517Referencias 517

Captulo 8Flujo potencial y Mecnica de Fluidos Computacional 521

8.1. Introduccin y repaso 5218.2. Soluciones elementales en flujos planos 5248.3. Superposicin de soluciones de flujos planos 5318.4. Flujos planos alrededor de cuerpos cerrados 5378.5. Otros flujos potenciales planos 547

viii Contenido

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8.6. Imgenes 5518.7. Teora de perfiles 5548.8. Flujo potencial axilsimtrico 5668.9. Anlisis numrico 571

Resumen 585Problemas 586Problemas conceptuales 596Problemas extensos 597Proyectos de diseo 598Referencias 598

Captulo 9Flujo compresible 601

9.1. Introduccin: repaso de termodinmica 6019.2. La velocidad del sonido 6069.3. Flujo estacionario adiabtico e isoentrpico 6089.4. Flujo isoentrpico con cambios de rea 6149.5. La onda de choque normal 6219.6. Operacin de toberas convergentes

y divergentes 6299.7. Flujo compresible en conductos con friccin 6349.8. Flujo en conductos sin friccin y con adicin de

calor 6469.9. Flujo supersnico bidimensional 6519.10. Ondas de expansin de Prandtl-Meyer 661

Resumen 673Problemas 674Problemas conceptuales 687Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniera 688Problemas extensos 688Proyectos de diseo 690Referencias 690

Captulo 10Flujo en canales abiertos 693

10.1. Introduccin 69310.2. Flujo uniforme: la frmula de Chzy 69910.3. Canales eficientes para flujo uniforme 70410.4. Energa especfica: profundidad crtica 70610.5. El resalto hidrulico 713

10.6. Flujo gradualmente variado 71810.7. Co ntrol y medida de caudales mediante

vertederos 726Resumen 733Problemas 733Problemas conceptuales 745Pr oblemas del examen de fundamentos de

ingeniera 746Problemas extensos 746Proyectos de diseo 748Referencias 748

Captulo 11Turbomquinas 750

11.1. Introduccin y clasificacin 75111.2. La bomba radial 75411.3. Cu rvas caractersticas de bombas y reglas de

semejanza 76011.4. Bo mbas diagonales y axiales: la velocidad

especfica 77011.5. Acoplamiento de bombas a una red 77711.6. Turbinas 784

Resumen 798Problemas 798Problemas conceptuales 809Problemas extensos 810Proyectos de diseo 812Referencias 812

Apndice A Propiedades fsicas de los fluidos 814

Apndice B Tablas de flujo compresible 819

Apndice C Factores de conversin 828

Ap ndice D Ecuaciones de movimiento en coordenadas cilndricas 830

Apndice E Introduccin al EES 832

ndice 851

Contenido ix

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