INDICE Capitulo 1. Introduccion Capitulo 2. Estática de Fluidos

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1 INDICE Prefacio Xiii Capitulo 1. Introduccion Naturaleza de los fluidos Esfuerzos en los fluidos Presión Presión: dirección de la acción Fuerzas debidas a la presión La presión e isotrópica Esfuerzos globales y presión del fluido Densidad y gravedad especifica Ley de gas ideal Compresibilidad en los fluidos Presión: su transmisión a través de un fluido Prensas y elevadores hidráulicos Esfuerzos viscosos Esfuerzos viscosos cortantes Consideraciones sobre energías y trabajo Esfuerzos viscosos normales Viscosidad Mediciones de viscosidad Capas limite Flujos laminar y turbulento **Tensión superficial Gotas y burbujas Formación de meniscos Capilaridad Unidades y dimensiones 37 Problemas 39 Capitulo 2. Estática de Fluidos La ecuación de la h idrostática Presión manométrica y presión absoluta Aplicaciones de la ecuación hidrostática Variación de la presión con la altura y la profundidad Manómetro Barómetros Paredes verticales de anchura constante Solución mediante presiones absolutas Solución mediante presiones manométricas Balance del momento Presión manométrica o presión absoluta? Paredes inclinadas con anchura constante Fuerza horizontal Fuerza vertical Fuerzas resultante Balances de momentos Fuerzas hidrostáticas sobre superficies curvas Fuerza resultante Línea de acción 71

2 2.7. Superficies bidimensionales **Centros de presión, momentos de área Principios de arquímedes **Estabilidad de cuerpos flotantes **Fluidos en movimientos de cuerpo rígido Aceleración vertical Aceleración vertical y horizontal Rotación de cuerpo rígido 83 Problemas 85 Capitulo 3. Introducción al Movimiento de los Fluidos I Introducción Partículas de fluidos y volúmenes de control Sistema lagrangiano Sistema euleriano Elementos de fluidos Volúmenes de control grandes Flujo en régimen permanente y transitorio Líneas de corriente y tubos de corriente Líneas de corriente Trayectoria Líneas de emisión Tubos de corriente Líneas de tiempo Dimensiones de un campo de flujo Conservación de la masa Ecuaciones de la cantidad de movimiento Fuerzas Flujo unidireccional Flujo bidireccional Fuerzas viscosas y perdidas de energías mecánica 119 Problemas 124 Capitulo 4. Introducción al Movimiento de los Fluidos II Introducción Ecuaciones de bernoulli Balance de fuerzas a lo largo de líneas de corriente Balance de fuerzas en dirección normal a las líneas de 133 corriente 4.3. Presión de estancamiento y presión dinámica Variación de la presión y de la velocidad Aplicaciones de la ecuación de bernoulli Tubo de Pitot Tubo de Ventura y atomizador Sifón Ecuaciones de bernoulli y drenado de tanques *Ecuación de la energía Primera ley de la termodinamica Flujo unidimensional Relación con la ecuación de Bernoulli 153 Problemas 155 Capítulos 5. Ecuaciones de Movimientos en Forma Integral 168

3 5.1. Flujo Ecuaciones de continuidad Ecuaciones de la cantidad de movimiento Termino transitorio Termino de flujo Fuerzas resultante Teorema del transporte de reynolds *Ecuaciones de la energía 187 Problemas 189 Capitulo 6. Ecuaciones Diferenciales del Movimiento Rapidez de cambios siguiendo una partícula de fluido Aceleración en coordenadas cartesianas Aceleración en coordenadas cilíndricas Ecuaciones de continuidad Formas particulares Ecuaciones e la cantidad de movimiento Ecuaciones de Euler en coordenadas cartesianas Ecuaciones de Euler en coordenadas cilíndricas Ecuaciones de Navier Stokes Condiciones de fronteras *Aplicaciones al movimiento de cuerpo rígido Flujo unidimensional transitorio Ecuaciones de continuidad Ecuación de la cantidad de movimiento *Ecuaciones de la energía 219 Problemas 221 Capitulo 7. Flujos Incompresibles Irrotacionales Verticidad y rotación El potencial de la velocidad La función de corriente Flujos donde existen velocidad y corriente en forma simultanea Resumen de definiciones y restricciones Ejemplos de flujo potencial Flujo uniforme Fuente puntual Vértice potencial Ecuaciones de Laplace Fuente en flujo uniforme Flujo potencial sobre un cilindro Distribución de la presión Efectos viscosos Sustentación Efectos Magnus Cuerpos aerodinámicos y alas Interacciones de los vértices 251 Problemas 253 Capitulo 8. Análisis Dimensional Homogeneidad dimensional Aplicaciones de la homogeneidad dimensional Ejemplo: salto hidráulico 260

4 Ejemplo: Arrastre sobre una esfera El numero de grupos adimensionales Problemas de adimensionalización Ejemplos de flujo en tubos Grupos adimensionales comunes Adimensionalización de las ecuaciones Modelos a escala Semejanza geométrica Semejanza cinemática Semejanza dinámica 277 Problemas 285 Capitulo 9. Flujos Viscosos Internos Introducción Esfuerzos viscosos y numero de reynolds Capas limite flujos completamente desarrollados Transición y turbulencia Flujo de poiseuille Flujo completamente desarrollado en conductos Flujo completamente desarrollado en tubos Transición de flujo en tuberías Flujo turbulento en tuberías Ecuaciones de la energía para flujo en tuberías Coeficiente de energía cinética Perdidas primarias y secundarias Válvulas y grifos Diámetro hidráulico 314 Problemas 317 Capitulo 10. Flujos Viscosos Externos Introducción Capa limite laminar Análisis de volumen de control Solución por semejanza Espesores de desplazamiento Espesor de desplazamiento Espesor de cantidad de movimiento Factor de forma Capas limite turbulentas Separación, readherencia y estelas Arrastre en cuerpos romos y aerodinámicos Pelotas de golf, cricket y béisbol Campos de flujo en automóviles 349 Problemas 353 Capitulo 11. Flujo en Canales Abiertos Introducción Ondas gravitatorias de amplitud pequeña Numero de fraude Rompimiento de ondas Tsunamis Saltos hidráulicos Caídas hidráulicas? 371

5 11.8. Rompientes y oleaje Flujo a través de un estrechamiento suave Flujo subcritico en un estrechamiento Flujo supercrítico en un estrechamiento Flujo sobre tope 379 Resumen 379 Problemas 384 Capitulo 12. Flujo Compresible Introducción Propagación de la presión en un fluido en movimiento Regimenes de flujo Termodinámica del flujo compresible Relaciones del gas ideal Calores específicos Variaciones en la entropía Relaciones e calor especifico Velocidad del sonido Propiedades de estancamientos Flujo compresible a través de una tobera Análisis de flujo isentrópico Razón de áreas Flujo estrangulado Ondas de choques normales Razón de temperatura Razón de densidades Razón de números de Mach Razón de presiones de estancamiento Cambios en la entropía Resumen: ondas de choque normales Ondas de choque normales débiles Ondas oblicuas Relaciones de onda de choque oblicua Desviación de flujo Resumen de ondas de choque oblicuas Ondas de choque oblicuas débiles y ondas de compresión Ondas expansivas Arrastre de onda en vehículos supersónicos 430 Problemas 431 Capitulo 13. Turbomaquinas Introducción Ecuaciones de la cantidad de movimiento angular para una 435 turbina Diagramas de velocidad Turbinas hidráulicas Turbinas de impulso Turbinas de flujo radial Turbinas de flujo axial Bombas Bombas centrifugas Cavitación 449

6 13.6. Mediciones del rendimiento relativo Análisis dimensional Hélices y molinos de viento 461 Problemas 465 Capitulo 14. Mecánica de Fluidos y Medio Ambiente Flujos atmosféricos Equilibrio de la atmósfera Patrones circulatorios y efectos de Coriolis Capa limite planetaria Intensidad y dirección prevalecientes del viento Contaminación atmosférica Dispersión de contaminantes Difusión y mezclado 480 Problemas 483 Capitulo 15. Notas Históricas Arquímedes de Siracusa Leonardo da Vinci Evangelista Torricelli Blaise Pascal Sir Isaac Newton Daniel Bernoulli Leonhard Euler Jean le Rond D Alembert Joseph Louis Lagrange Claude Louis Marie Henri Navier Jean L. M. Poiseuille Gustav Heinrich Magnus William Fraude George Gabriel Stokes Ernst Mach Osborne Reynolds Ludwig Prandtl Lewis Ferry Moody Theodore Von Karman Geoffrey Ingran Taylor 509 Referencias bibliografícas 511 Apéndice A. Herramientas Analíticas 513 Apéndice B. Factores de conversión 524 Apéndice C. Propiedades de Fluidos y de Flujos 526 Apéndice D. Recursos WEB 544 Respuestas a problemas seleccionados 546 Índice 560