INDICE Capitulo 1. Introducción Capitulo 2. Propiedades de los Fluidos Capitulo 3. Estática de Fluidos

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1 INDICE Prólogo XV Lista de Símbolos XVII Lista de abreviaturas XXI Capitulo 1. Introducción Ámbito de la mecánica de fluidos Esquemas históricos del desarrollo de la mecánica de fluidos El libro, su contenido, y como estudiar mejor la mecánica de fluidos Cómo resolver los problemas Dimensiones y unidades 4 Capitulo 2. Propiedades de los Fluidos Distinción entre un sólido y in fluido Distinción entre un gas y un líquido Densidad, peso específico, volumen específico y densidad relativa Fluidos compresible e incompresibles Compresibilidad de los líquidos Peso específico de los líquidos Ecuaciones de estado de los gases perfectos Compresibilidad de los gases Atmósfera estándar Fluido ideal Viscocidad Tensión superficial Presión de vapor de los líquidos 25 Problemas 26 Capitulo 3. Estática de Fluidos Presión en un punto igual en todas direcciones Variación de presión en un fluido en reposo Presión expresada como la altura de un fluido Presión absoluta y presión manométrica Barómetro Medición de la presión Fuerza sobre un área plana Centro de presión Fuerza sobre un área curvada Flotación y estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes Masas fluidas sometidas a aceleración 57 Problemas 60 Capitulo 4. Principio Básicos del Flujo Fluido Tipos de flujo Flujo laminar y turbulento Flujo estacionario y flujo uniforme Sendas, líneas de corriente y líneas fluidas Cantidad de flujo y velocidad media Sistema y volumen de control Ecuación de continuidad Flujo unidimensional, bidimensional y tridimensional Red de flujo 73

2 4.10. Uso y limitaciones de la red de flujo Sistema de referencia en problemas de flujo Velocidad y aceleración en un flujo estacionario Velocidad y aceleración en un flujo no estacionario 80 Problemas 81 Capitulo 5. Consideraciones Energéticas en el Flujo Estacionario Energía cinética de un fluido en movimiento Energía potencial Energía interna Ecuación general de la energía para el flujo estacionario de 87 cualquier fluido 5.5. Ecuaciones de la energía para fluidos estacionarios de fluidos 89 incompresibles, y el teorema de Bernouilli 5.6. Ecuación de la energía para el flujo estacionario de fluidos 91 compresibles 5.7. La ecuación de Euler para movimiento estacionario de un fluido ideal 93 a los largo de una línea de corriente 5.8. Presión en el flujo fluido Carga Potencia en el flujo fluido Cavitación Definición de las líneas piezométrica y de energía Pérdida de carga en una descarga sumergida Aplicación de las líneas piezométrica de energía Método de resolución de problemas de flujo Trayectoria de un chorro Flujo sobre una trayectoria curvada Vórtice rotacional o forzado Vórtices irrotacionales o libres 110 Problemas 113 Capitulo 6. Cantidad de Movimiento y Fuerzas en Flujos Deducción del principio de cantidad de movimiento Ecuaciones de Navier Stokes Factor de corrección de la cantidad de movimiento Aplicaciones del principio de cantidad de movimiento Fuerza ejercida sobre un conducto a presión Fuerza ejercida sobre álabe o pala estático Álabes móviles: relación entre velocidad absoluta y relativa Fuerza ejercida por un chorro sobre un álabe o pala en movimiento Reacción de un chorro Propulsión a chorro Máquinas rotatorios: continuidad, velocidad, par Carga equivalente a trabajo mecánico Flujo a través de un canal rotatorio Reacción con rotación El principio de la cantidad de movimiento aplicado a molinos y 139 hélices Problemas 142 Capitulo 7. Semejanza y Análisis Dimensional 147

3 7.1. Definición y usos de la semejanza Semejanza geométrica Semejanza cinemática Semejanza dinámica Relaciones de escala Comentarios sobre los modelos Análisis dimensional 154 Problemas 159 Capitulo 8. Flujo Incompresible Estacionario en Conductos a 161 Presión 8.1. Flujo laminar y turbulento Npumero de Reynolds crítico Radio hidráulico, diámetro hidráulico Pérdida de carga en conductos de sección transversal constante Fricción en conductos circulares Flujo laminar en tuberías circulares Condiciones en entrada en el flujo laminar Flujo turbulento Subcapa viscosa en flujo turbulento Perfil de velocidades en un flujo turbulento Rugosidad de la tubería Diagrama para el coeficiente de fricción Resolución de problemas de flujo e tuberías por el método de 178 tanteo Resolución rigurosa de problemas de flujo en tuberías Ecuaciones empíricas para el flujo en tuberías Fricción fluida en conductos no circulares Pérdidas locales en flujo turbulento Pérdida de carga en la entrada Pérdida debida a un estrechamiento Pérdida debida a un ensanchamiento Pérdida debida a un ensanchamiento Pérdida en accesorios de tuberías Pérdidas en curvas y codos Resolución de problemas de tubería única con pérdidas locales Tubería con una bomba o una turbina Tuberías con ramificaciones Tuberías en serie Tuberías en paralelo Redes de tuberías Temas adicionales del flujo en tuberías 213 Problemas 214 Capitulo 9. Fuerzas sobre Cuerpos Sumergidos Introducción Resistencia de fricción de la capa límite. Flujo incompresible Cala límite laminar para flujo incompresible sobre una placa plana 226 lisa 9.4. Capa límite turbulenta para flujo incompresible sobre una placa 228 plana lisa

4 9.5. Resistencia de fricción para flujo incompresible sobre una placa 231 plana lisa con régimen de transición 9.6. Separación de la capa límite y resistencia de presión Resistencia de cuerpos tridimensionales (flujo incompresible) Resistencia sobre cuerpos bidimensionales (flujo incompresible) Sustentación y circulación Flujo ideal alrededor de un cilindro Sustentación de un perfil de ala Resistencia inducida sobre un perfil de ala de longitud finita Diagramas de sustentación y resistencia Efectos de la compresibilidad sobre la resistencia y sustentación Comentarios finales 251 Problemas 251 Capitulo 10. Flujo Estacionario en Canales Abiertos Canales abiertos Flujo uniforme Resolución de problemas de flujo uniforme Distribución de velocidad en canales abiertos Canales abiertos <<anchos y poco profundo>> Sección transversal de mayores rendimiento Secciones circulares parcialmente llenas Flujo laminar en canales abiertos Energía específicas y profundidades alternativas de flujo en 270 canales rectangulares Flujo subcrítico y supercrítico Profundidad crítica en canales no rectangulares Incidencia de la profundidad crítica Obstáculos y estrechamientos Flujo no uniformes o variable Ecuación de la energía para flujo lentamente variable Perfiles de superficie de agua en un flujo lentamente variable Ejemplos de perfiles de superficie de agua El resalto hidráulica Posición del resalto hidráulica Velocidad de las olas de gravedad Flujo alrededor de curvas en canales Transiciones Hidráulica de los colectores Otros temas relacionados con el flujo en canales abiertos 301 Problemas 302 Capitulo 11. Medida de los Fluidos La medida de las propiedades fluidas Medida de la presión estática Medida de la velocidad con el tubo pitot Medida de la velocidad por otros métodos Medida del caudal Orificios, toberas y tubos El venturi Medidor de tobera 329

5 11.9. Medidor de orificio Medida de los fluidos compresibles Vertederos de pared delgada Vertederos hidrodinámico y descarga libre Vertedero de esclusa Compuertas de esclusa Medida de la elevación de la superficie de un líquido Otros métodos para la medida del caudal 343 Problemas 343 Capitulo 12. Problemas del Flujo no Estacionario Introducción Descarga con altura variable en el depósito Flujo no estacionario de fluidos incompresible en tuberías Establecimiento de flujo estacionario Velocidad de la onda en tuberías Golpe de ariete Chimeneas de equilibrio 364 Problemas 366 Capitulo 13. Flujo Estacionario de Fluidos Compresibles Consideraciones termodinámicas Ecuaciones fundamentales aplicables al flujo de fluidos 375 compresibles Velocidad del sonido Flujo adiabático (con o sin fricción) Propiedades de remanso Flujo isentrópico Efecto de la variación de área en el lujo compresible 382 unidimensional Flujo compresible a través de una tobera convergente Flujo isentrópico a través de una tobera convergente divergente Onda de choque unidimensional La onda de choque oblicua Flujo isotérmico Flujo isotérmico en un conducto de área constante Flujo adiabático en un conducto de área constante Comparación entre distintos tipos de flujo Conclusiones 397 Problemas 397 Capitulo 14. Matemáticas del Flujo Ideal Ecuación diferencial de la continuidad Flujo rotacional e irrotacional Circulación y verticidad La función de corriente Campos fluidos sencillos Potencial de velocidades Ortogonalidad de líneas de corriente y líneas equipotenciales Flujo a través de medios porosos 412 Problemas 413 Capitulo 15. Máquinas Hidráulicas. Bombas 417

6 15.1. Descripción de las bombas centrífugas y de flujo axial Altura desarrollada por una bomba Rendimiento de las bombas Leyes de semejanza para bombas Características de funcionamiento de las bombas a velocidad 422 constante Características de funcionamiento con velocidad y tamaños 422 distintos Punto de funcionamiento de una bomba Velocidad específica de una bomba Factor de velocidad periférica Cavitación en las bombas Efecto de la viscosidad Selección de bombas Bombas en serie y en paralelo Instalaciones de bombas 435 Problemas 436 Capitulo 16. Máquinas Hidráulicas. Turbinas Turbinas hidráulicas Turbinas de impulso Funcionamiento de una turbina de impulso Altura sobre una turbina de impulso y rendimiento Inyectores para turbinas de impulso Turbinas de reacción Funcionamiento de una turbina de reacción Tubos de descarga y altura en las turbinas de reacción Rendimiento de las turbinas Leyes de semejanza para turbinas de reacción Factor de velocidad periférica y velocidad específica de las 456 turbinas Cavitación en turbinas Selección de turbinas Turbina bomba Instalaciones de turbinas 462 Problemas 463 Apéndices A. Propiedades fluidas y geométricas 467 B. Aplicaciones y programas informáticos 473 C. Referencias 479 D. Respuesta a los ejercicios 483 Índice 493