El flujo de fluidos o mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos (que a su vez es una rama de la física) que estudia el movimiento de los fluidos, las fuerzas que provocan el movimiento, así como la interacción entre el fluido y el contorno que lo limita.

La mecánica de medios continuos propone un modelo unificado de estudio para sólidos deformables, sólidos rígidos y fluidos. Para el caso de fluidos distingue además entre los líquidos (fluidos incompresibles) y gases (fluidos compresibles).

Se entiende como medio continuo al conjunto infinito de partículas de materia que forman parte de un sólido o fluido que será estudiado macroscópicamente sin considerar las discontinuidades a nivel microscópico (nivel atómico o molecular). En consecuencia, al no tener discontinuidades, permite encontrar un modelo matemático (o ecuación) que describe cualquier porción de este medio y de sus propiedades mediante funciones continuas (hipótesis del continuo).

El conocer y entender los principios básicos de la mecánica de fluidos es esencial en el análisis y diseño de cualquier sistema en el cual el fluido es el elemento de trabajo, como pueden ser los sistemas de tuberías para la conducción de reactivos y productos, redes de servicios auxiliares para las necesidades de calentamiento o enfriamiento, estimación del trabajo máximo que puede producir una turbina, especificaciones de un compresor para obtener algún gas a presión, selección de la bomba para mover un líquido, etc.

Para ello en los programas de estudios de Ingeniería Bioquímica Industrial e Ingeniería de los Alimentos se establece que los alumnos al finalizar este curso serán capaces de:

Aplicar y desarrollar modelos matemáticos que describen el transporte de cantidad de movimiento en fluídos para el diseño y modificación de las operaciones de procesos químicos, bioquímicos y de alimentos.

Mediante el aprendizaje del siguiente contenido:

Propiedades de los fluidos

Hidrostática

Ecuaciones de balance diferencial en procesos isotérmicos

Deducción de las ecuaciones de variación

Transferencia de momento en régimen transitorio

Análisis dimensional

Flujo turbulento, flujo potencial y capa límite

Balances globales en procesos isotérmicos.

Taller 1

1. Encuentre las viscosidades en estado gaseoso y líquido, mediante los nomogramas que les anexo aquí, de:

Ácido acético a 80ºC

Etanol a 35ºC

Agua a 150ºC

2. Ajuste las viscosidades anteriores, con los gráficos 1.3-1 y 1.3-2 del Bird, a una presión de 15 atmósferas. Buscar previamente la Tc y Pc de los componentes anteriores.

Actividad 1

Tomado como base la información del capítulo 1 del libro del Welty más la que usted pueda encontrar en libros e internet, responda las siguientes preguntas que deberá entregar por escrito individualmente al inicio de la clase del día 25 de septiembre.

Con la información del capítulo 1.1 y 1.2 del Welty y demás que usted pueda encontrar:

Explicar la importancia de la hipótesis del continuo cuando se quiere obtener un modelo matemático en sistemas donde existe transferencia de momento

Dar 3 ejemplos de fuerzas en el cuerpo y 3 ejemplos de fuerzas de superficie

Actividad 2

Al inicio de la clase de este día deberán entregar las respuestas a las siguientes preguntas:

1. Demuestren mediante análisis dimensional que las ecuaciones 2.2-3 y 2.2-4 del Bird, que también les anexo aquí, y que miden los términos de razón de cantidad de movimiento debido al flujo global del fluido son correctas.

2. Las condiciones de frontera para el flujo de fluidos que se describen en el Bird establecen implicaciones tanto para los esfuerzos de cizalla como para la velocidad, ¿cuáles son estas implicaciones para cada una de las condiciones?

3. Un resumen de la información del siguiente documento y la dirección web

http://es.wikipedia.org/wiki/Integral_múltiple#Coordenadas_Cil.C3.ADndricas;

sobre coordenadas cilíndricas y esféricas e integrales en diferentes sistemas de coordenadas.

Durante el fin de esta semana les recomiendo leer el siguiente texto que encontré en la web con dirección:

http://www.monografias.com/trabajos15/mecanica-fluidos/mecanica-fluidos.shtml.

Actividad 3

El día 21 de octubre:

Entregar individualmente un diagrama de flujo sobre el procedimiento descrito en la sección 3.5, página 3-23 del libro del Bird, para encontrar las ecuaciones de los perfiles de los esfuerzos y velocidad mediante las ecuaciones de variación.

Taller 5

Los días 21 y 23:

Deberán llevar los textos de los problemas 2E2, 2G2 y 2J2 para resolverlos con los ecuaciones de variación, estos problemas serán entregados el 30 de octubre.

Actividad 4

En esta sesión les proyectaré los siguientes dos videos:

Capa límite Resumen y sus Aplicaciones que nos permite entender, entre otras cosas, por qué la condición frontera en interfases sólido-fluido la velocidad del fluido es igual a la velocidad de sólido.

¿Qué es el Cálculo? del Instituto de Matemáticas de la UNAM, que nos hace entender por qué realizamos los balances de coraza y utilizamos las ecuaciones de variación.

Actividad 5

Volver a entregar individualmente el diagrama de flujo sobre el procedimiento descrito en la sección 3.5, página 3-23 del libro del Bird. Además deberán acompañarlo con los diagramas anteriores con sus anotaciones y las mías.

Entregar el desarrollo de la solución para encontrar la ecuación del perfil de presión para el ejercicio (Flujo tangencial de un fluido newtoniano en tubos concéntricos) que hicimos el día lunes 26 de octubre en clase.

Les recomiendo leer estos materiales sobre Análisis Dimensional y semejanza que me encontré en la web y que puede ayudarlos para entender lo que veremos sobre análisis dimensional:

Actividad 6

Leer y llevar los enunciados de los ejercicios que resolveremos en clase de este día. Les sugiero que los lleven impresos o copiados en su cuaderno de apuntes. Para obtener los enunciados dar click aquí.

Actividad 7

Leer y llevar los enunciados de los ejercicios que resolveremos en clase de este día. Les sugiero que los lleven impresos o copiados en su cuaderno de apuntes. Para obtener los enunciados dar click aquí.

Actividad 8

Durante esta semana deberán elaborar un diagrama de flujo con el procedimiento que se debe seguir cuando se utiliza la Ecuación General de Energía Mecánica para los siguientes casos:

Caso 1. Calcular la potencia de una bomba para una red de tuberías conociendo:

Cambios de altura,

Los diferentes diámetros de tuberías,

Las longitudes de tuberías para los diferentes diámetros,

Los accesorios conectados en cada tramo de tubería,

El tipo de material de la tubería (rugosidad),

Las presiones de entrada y salida; y

El caudal (flujo volumétrico) que se requiere a la salida.

Caso 2. Calcular los diámetros de tuberías y el caudal a partir de:

Los cambios de altura,

Los accesorios conectados a cada tramo de tubería,

El material de la tubería (rugosidad); y

La presión en la entrada la salida.

Tarea 1

Resolver los problemas 1B1, 1C1 y 1D1 del libro de Bird, los enunciados de estos problemas podrán obtenerlos al dar click aquí.

Entregar por equipo el día del primer examen parcial.

Tarea 2

Resolver los problemas 3.33, 3.34 y 3.47 del Felder, mismos que los pueden visualizar al dar click aquí.

Tarea 3

Del libro del Bird resolver los problemas 2B1, 2C1, 2E2, 2G2 y 2J2; recuerden que las tareas se entregan por equipo el día del examen parcial

Tarea 4

Resolver y entregar por escrito los problemas 3F2 y 3H2 del libro de Bird.

Tarea 5

Tomando como base el video que está en la presentación del curso y que también les anexo a continuación.

Deberán hacer por equipo:

1. Suponer que el fluido contenido en el interior de los cilindros es aceite de silicón.

2. De lo visto en esta segunda parte del curso, escribir las ecuaciones que describen el perfil de velocidad y el perfil del esfuerzo de cizalla.

3. Buscar en la bibiografía adecuada las propiedades del fluido necesarias para calcular los perfiles con las ecuaciones del inciso 2.

4. Del video medir los radios y la velocidad angular; y

5. Con toda la información anterior, hacer una tabla y el gráfico de los perfiles marcando los vectores de velocidad y del esfuerzo de cizalla que ustedes seleccionen con los colores usados en el video.

Deberán entregar este trabajo en el formato de un reporte de una práctica de laboratorio.

Tarea 6

Para aplicar lo visto en clase sobre análisis dimensional y semejanza, resolver el problema 3M2 del libro del Bird. Este problema como los siguientes deberán ser entregados el día del tercer examen parcial.

Tarea 7

Para que vean la utilidad de la ecuación de energía mecánica deberán resolver los problemas 2.3, 2.5, 2.14 y 2.18 del libro de Levenpiel