Mecánica de los fluidos : fundamentos y aplicaciones /
Çengel, Yunus A.
Mecánica de los fluidos : fundamentos y aplicaciones / Yunus A. Çengel, John M. Cimbala - México : McGraw-Hill, 2006 - xxvii, 956 p. : il., fig., tablas ; 27 cm
Incluye glosario Incluye índice alfabético
CAPÍTULO UNO. INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS
1.1. Introducción
¿Qué es un fluido?
Áreas de aplicación de la mecánica de fluidos
1.2. La condición de no – deslizamiento
1.3. Breve historia de la mecánica de fluidos
1.4. Clasificación de los Flujos de Fluidos
Regiones viscosas de flujo en comparación con las no – viscosas
Flujo interno en comparación con el externo
Flujo compresible en comparación con el incompresible
Flujo laminar en comparación con el turbulento
Flujo natural (o no - forzado) en comparación con el forzado
Flujo estacionario en comparación con el no – estacionario
Flujos unidimensional, bidimensional y tridimensional
1.5. Sistema y volumen de control
1.6. Importancia de las dimensiones y de las unidades
Algunas unidades SI e inglesas
Homogeneidad dimensional
Razones para conversión de unidades
1.7. Modelado Matemático de los Problemas de Ingeniería
Modelado en la ingeniería
1.8. Técnica para la resolución de problemas
Paso 1: Enunciado del problema
Paso 2: Esquema
Paso 3: Hipótesis y aproximaciones
Paso 4: Leyes físicas
Paso 5: Propiedades
Paso 6: Cálculos
Paso 7: Razonamiento, verificación y comentario
1.9. Paquetes de Software para Ingeniería
Engineering Equation Solver (EES) (Programa para resolver ecuaciones de
ingeniería)
FLUENT
1.10. Exactitud, precisión y dígitos significativos
Proyector de aplicaciones: ¿qué tienen en común las explosiones nucleares?
Problemas
CAPÍTULO DOS. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
2.1. Introducción
Medio continuo
2.2. Densidad y gravedad específica
Densidad de los gases ideales
2.3. Presión de vapor y cavitación
2.4. Energía y calores específicos
2.5. Coeficiente de compresibilidad
Coeficiente de expansión volumétrica
2.6. Viscosidad
2.7. Tensión superficial y efecto de capilaridad
Efecto de capilaridad
Proyector de aplicaciones: cavitación
Problemas
CAPÍTULO TRES. PRESIÓN Y ESTÁTICA DE FLUIDOS
3.1. Presión
Presión en un punto
Variación de la presión con la profundidad
3.2. El manómetro
Otros instrumentos para medir la presión
3.3. El barómetro y la presión atmosférica
3.4. Introducción a la estática de fluidos
3.5. Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas sumergidas
Caso especial: placa rectangular sumergida
3.6. Fuerzas hidrostáticas sobre superficies curvas sumergidas
3.7. Flotación y estabilidad
Estabilidad de los cuerpos sumergidos y de los flotantes
3.8. Fluidos en el movimiento del cuerpo rígido
Caso especial 1: Fluidos en reposo
Caso especial 2: Caída libre de un cuerpo de fluido
Aceleración sobre una trayectoria recta
Rotación en un recipiente cilíndrico
Problemas
CAPÍTULO CUATRO. CINEMÁTICA DE FLUIDOS
4.1. Descripciones lagrangiana y Euleriana
Campo de aceleraciones
Derivada material
4.2. Fundamentos de visualización del flujo
Líneas de corriente y tubos de corriente
Líneas de trayectoria
Líneas de traza
Líneas fluidas
Técnicas refractivas de visualización del flujo
Técnicas de visualización del flujo sobre la superficie
4.3. Gráficas de los Datos sobre flujo de fluidos
Gráficas de perfiles
Gráficas vectoriales
Gráficas de contornos
4.4. Otras Descripciones Cinemáticas
Tipos de movimiento o deformación de los elementos de fluidos
Vorticidad y rotacionalidad
Comparación de dos flujos circulares
4.5. El Teorema del Transporte de Reynolds
Deducción alterna del teorema del transporte de Reynolds
Relación entre la derivada material y el RTT
Proyector de aplicaciones: actuadores fluídicos
Problemas
CAPÍTULO CINCO. ECUACIÓN DE CONSERVACIÓN DE MASA, DE BERNOULLI Y DE LA ENERGÍA
5.1. Introducción
Conservación de la masa
Conservación de la cantidad de movimiento
Conservación de la energía
5.2. Conservación de la masa
Gastos de masa y de volumen
Principio de conservación de la masa
Volúmenes de control en movimiento o en deformación
Balance de masa para procesos de flujo estacionario
Caso especial: flujo incompresible
5.3. Energía mecánica y eficiencia
5.4. La ecuación de Bernoulli
Aceleración de una partícula de fluido
Deducción de la ecuación de Bernoulli
Balance de fuerzas a través de las líneas de corriente
Flujo no estacionario y compresible
Presiones estáticas, dinámica y de estancamiento
Limitaciones en el uso de la ecuación de Bernoulli
Línea de gradiente hidráulico (LGH) y línea de energía (LE)
5.5. Aplicaciones de la Ecuación de Bernoulli
5.6. Ecuación general de la energía
5.7. Análisis de energía de los flujos estacionarios
Caso especial: Flujo incompresible sin aparatos de trabajo mecánico y
con fricción despreciable
Factor de corrección de la energía cinética
Problemas
CAPÍTULO SEIS. ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE FLUJO
6.1. Leyes de Newton y conservación de la cantidad de movimiento
6.2. Elección de un volumen de control
6.3. Fuerzas que actúan sobre un volumen de control
6.4. La ecuación del momento lineal
Casos especiales
Factor de corrección del flujo de la cantidad de movimiento
Flujo estacionario en reposo
Flujo estacionario en reposo con una entrada y una salida
Flujo sin fuerzas externas
6.5. Repaso del movimiento rotacional y del momento angular
6.6. La ecuación del momento angular
Casos especiales
Flujo sin momento externos
Dispositivos de flujo radical
Problemas
CAPÍTULO SIETE. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y MODELADO
7.1. Dimensiones y unidades
7.2. Homogeneidad dimensional
Eliminación de dimensiones de las ecuaciones
7.3. Análisis dimensional y similitud
7.4. El método de repetición de variables y el teorema Pi de Buckingham
Proyector histórico: Personas honradas con parámetros adimensionales
7.5. Pruebas experimentales y similitud incompleta
Configuración de un experimento y correlación de los datos
experimentales
Similitud incompleta
Pruebas en el túnel de viento
Flujos con superficies libres
Proyector de Aplicaciones: ¿Cómo vuela una mosca?
Problemas
CAPÍTULO OCHO. FLUJO EN TUBERÍAS
8.1. Introducción
8.2. Flujos laminar y turbulento
Número de Reynolds
8.3. La región de entrada
Longitudes de entrada
8.4. Flujo laminar en tuberías
Caída de presión y pérdida de carga
Tuberías inclinadas
Flujo laminar en tuberías no-circulares
8.5. Flujo Turbulento en tuberías
Esfuerzo de corte turbulento
Perfil de velocidad turbulento
El diagrama de Moody
Tipos de problemas de flujo de fluidos
8.6. Pérdidas menores
8.7. Redes de tuberías y selección de bomba
Sistemas de tuberías con bombas y turbinas
8.8. Medición de razón de flujo y de velocidad
Sonda de Pitot y sonda de Pitot estática (tubo de Prandtl)
Flujómetros de obstrucción: placas de orificio, medidores de Venturi y
toberas de flujo
Flujómetros de desplazamiento positivo
Flujómetros de turbina
Flujómetros de área variable (rotámetro)
Flujómetros ultrasónicos
Flujómetros electromagnéticos
Flujómetros de vórtice
Anemómetros térmicos (hilo caliente y película caliente)
Velocimetría láser Doppler
Velocimetría de imagen de partícula
Proyector de aplicaciones: Cómo funcionan o no funcionan, los flujómetros de placa de orificio
Problemas
CAPÍTULO NUEVE. ANÁLISIS DIFERENCIAL DE FLUJO DE FLUIDOS
9.1. Introducción
9.2. Conservación de Masa: La ecuación de Continuidad
Deducción con el uso del teorema de divergencia
Deducción con el uso de un volumen de control infinitesimal
Forma alternativa de la ecuación de continuidad
Ecuación de continuidad en coordenadas cilíndricas
Casos especiales de la ecuación de continuidad
9.3. La Función de Corriente
La función de corriente en coordenadas cartesianas
La función de corriente en coordenadas cilíndricas
La función de corriente de flujo compresible
9.4. Conservación de Cantidad de Movimiento Lineal: Ecuación de Cauchy
Deducción con el uso del teorema de divergencia
Deducción con el uso de un volumen de control infinitesimal
Forma alternativa de la ecuación de Cauchy
Deducción con el uso de la segunda Ley de Newton
9.5. La Ecuación de Navier – Stokes
Introducción
Fluidos newtonianos versus fluidos no – newtonianos
Deducción de la ecuación de Navier – Stokes para flujo isotérmico incompresible
Ecuaciones de continuidad y de Navier – Stokes en coordenadas cartesianas
Ecuaciones de continuidad y de Navier – Stokes en coordenadas cilíndricas
9.6. Análisis Diferencial de Problemas de Flujo de Fluidos
Cálculo del campo de presión para un campo de velocidad conocido
Soluciones exactas de las ecuaciones de continuidad y de Navier – Stokes
Problemas
CAPÍTULO DIEZ. SOLUCIONES APROXIMADAS DE LA ECUACIÓN DE NAVIER – STOKES
10.1. Introducción
10.2. Ecuaciones de movimiento sin dimensiones
10.3. Aproximación de flujo de Stokes
Fuerza de arrastre sobre una esfera en flujo de Stokes
10.4. Aproximación para regiones invíscidas de flujo
Derivación de la ecuación de Bernoulli en regiones invíscidas de flujo
10.5. La Aproximación de flujo irrotacional
Ecuación de continuidad
Ecuación de cantidad de movimiento
Deducción de la ecuación de Bernoulli en Regiones irrotacionales de flujo
Regiones irrotacionales bidimensionales de flujo
Superposición de flujo en regiones irrotacionales
Flujos planares irrotacionales elementales
Flujos irrotacionales formados por superposición
10.6. La Aproximación de la Capa Límite
Ecuaciones de la capa límite
El procedimiento de capa límite
Espesor del desplazamiento
Espesor de cantidad de movimiento
Capa límite turbulenta sobre placa plana
Capas límite con gradientes de presión
Técnica de la integral de la cantidad de movimiento para capas límite
Proyector de aplicaciones: formación de gotitas
Problemas
CAPÍTULO ONCE. FLUJO SOBRE CUERPOS: ARRASTRE Y SUSTENTACIÓN
11.1. Introducción
11.2. Arrastre y sustentación
11.3. Arrastre debido a fricción y a presión
Reducción del arrastre mediante de cambio de forma del cuerpo para una más currentilínea
Separación de flujo
11.4. Coeficientes de arrastre de geometrías comunes
Sistemas biológicos y arrastre
Coeficientes de arrastre de vehículos
Superposición
11.5. Flujo paralelo sobre Placas Planas
Coeficiente de fricción
11.6. Flujo sobre cilindros y esferas
Efecto de rugosidad de superficie
11.7. Sustentación
Efectos de los extremos de las alas
Sustentación generada por rotación
Proyector de Aplicaciones: reducción del arrastre
Problemas
CAPÍTULO DOCE. FLUJO COMPRESIBLE
12.1. Propiedades de estancamiento
12.2. Velocidad del sonido y número de Mach
12.3. Flujo isentrópico unidimensional
Variación de la velocidad de fluido con el área de flujo
Relaciones de propiedades de flujo isentrópico de gas ideal
12.4. Flujo isentrópico en toberas
Toberas convergentes
Toberas convergente – divergentes
12.5. Ondas de choque y ondas de expansión
Choques normales
Choques oblicuos
Ondas de expansión de Prandtl – Meyer
12.6. Flujo en ducto con transferencia de calor de fricción despreciable
(Flujo de Rayleigh)
Relaciones entre las propiedades para el flujo de Rayleigh
Flujo de Rayleigh bloqueado
12.7. Flujo Adiabático en un ducto con fricción (flujo de Fanno)
Relaciones entre las propiedades del flujo de Fanno
Flujo de Fanno bloqueado
Proyector de aplicaciones: ondas de choque/interacción de las capas límite
Problemas
CAPÍTULO TRECE. FLUJO EN CANAL ABIERTO
13.1. Clasificación de flujos en canales abiertos
Flujos uniforme y variado
Flujos laminares y turbulentos en canales
13.2. Número de Froude y velocidad de onda
Velocidad de ondas superficiales
13.3. Energía específica
13.4. Ecuaciones de energía y continuidad
13.5. Flujo uniforme en canales
Flujo uniforme crítico
Métodos de superposición para perímetros no uniformes
13.6. Mejores secciones transversales hidráulicas
Canales rectangulares
Canales trapezoidales
13.7. Flujo de variación gradual
Perfiles de superficie de líquido en canales abiertos, y (x)
Algunos perfiles representativos de la superficie
Soluciones numéricas del perfil de la superficie
13.8. Flujo de variación rápida y salto hidráulico
13.9. Control y medida del flujo
Compuertas de corriente subálvea
Compuertas de sobreflujo
Problemas
CAPÍTULO CATORCE. TURBOMAQUINARIA
14.1. Clasificaciones y Terminología
14.2. Bombas
Curvas de rendimiento de la bomba y correspondencia entre una bomba
y un sistema de tubería
Cavitación de la bomba y la carga de aspiración neta positiva
Bombas en serie y en paralelo
Bombas de desplazamiento positivo
Bombas dinámicas
Bombas centrífugas
Bombas axiales
14.3. Leyes de Semejanza para Bombas
Análisis dimensional
Velocidad específica de la bomba
Leyes de semejanza
14.4. Turbinas
Turbinas de desplazamiento positivo
Turbinas dinámicas
Turbinas de impulsión o acción
Turbinas de reacción
14.5. Leyes de semejanza para turbinas
Parámetros adimensionales de turbinas
Velocidad específica de las turbinas
Turbinas de gas y de vapor
Proyector de aplicaciones: atomizadores de combustible rotatorios
Resumen
Bibliografía y lecturas recomendadas
Problemas
CAPÍTULO QUINCE. INTRODUCCIÓN A LA DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL
15.1. Introducción y fundamentos
Motivación
Ecuaciones del movimiento
Procedimiento de solución
Ecuaciones de movimiento adicionales
Generación de la malla e independencia de la malla
Condiciones de la frontera
La práctica lo hace perfecto
15.2. Cálculos de la DFC de flujo laminar
Región de entrada de flujo de una tubería a Re = 500
Flujo alrededor de un cilindro circular a Re = 150
15.3. Cálculos de la DFC Turbulenta
Flujo alrededor de un cilindro circular a Re = 10 000
Flujo alrededor de un cilindro circular a Re = 10 7
Diseño del estator con álabes guía para un ventilador de flujo axial
15.4. DFC con transferencia de calor
Aumento de temperatura en un intercambiador de calor de flujo cruzado
Enfriamiento de un conjunto de circuitos integrados
15.5. Cálculos de la DFC de Flujo Compresible
Flujo compresible por una tobera convergente – divergente
Ondas de choque oblicuas en una cuña
15.6. Cálculos de la DFC para flujo en canal abierto
Flujo sobre una protuberancia en el fondo de un canal
Flujo a través de una compuerta de descarga (salto hidráulico)
Proyector de aplicaciones: un estómago virtual
Problemas
APÉNDICE 1. TABLAS Y GRÁFICAS DE PROPIEDADES (UNIDADES SI)
TABLA A – 1. masa molar, constante de gas y calores específicos de gas ideal de algunas sustancias
TABLA A – 2. Propiedades de puntos de ebullición y de congelación
TABLA A – 3. Propiedades del agua saturada
TABLA A – 4. Propiedades de refrigerante 134ª saturado
TABLA A – 5. Propiedades del amoniaco saturado
TABLA A – 6. Propiedades del propano saturado
TABLA A – 7. Propiedades de líquidos
TABLA A – 8. Propiedades de metales líquidos
TABLA A – 9. Propiedades del aire a 1 atm de presión
TABLA A – 10. Propiedades de gases a 1 atm de presión
TABLA A – 11. Propiedades de la atmósfera a gran altitud
FIGURA A – 12. Diagrama de Moody para el factor de fricción para flujo totalmente desarrollado en tuberías circulares
TABLA A – 13. Funciones de flujo compresible isentrópico unidimensional para un gas ideal con k = 1.4
TABLA A – 14. Funciones de onda de choque normal unidimensional para un gas ideal con k = 1.4
TABLA A – 15. Funciones de flujo de Rayleigh para un gas ideal con k = 1.4
TABLA A – 16. Funciones de flujo de Fanno para un gas ideal con k = 1.4
APÉNDICE 2. TABLAS Y GRÁFICAS DE PROPIEDADES (UNIDADES INGLESAS)
TABLA A – 1I. Masa molar, constante de gas y calores específicos de gas
ideal de algunas sustancias
TABLA A – 2I. Propiedades de puntos de ebullición y de congelación
TABLA A – 3I. Propiedades del agua saturada
TABLA A – 4I. Propiedades del refrigerante 134ª saturado
TABLA A – 5I. Propiedades del amoniaco saturado
TABLA A – 6I. Propiedades del propano saturado
TABLA A– 7I. Propiedades de líquidos
Tabla A– 8I. Propiedades de metales líquidos
TABLA A– 9I. Propiedades del aire a 1 atm de presión
TABLA A– 10I. Propiedades de gases a 1 atm de presión
TABLA A– 11I. Propiedades de la atmósfera a gran altitud
9789701056127
MECANICA DE FLUIDOS
TURBOMAQUINARIA
VISCOSIDAD
MANOMETROS
CANTIDAD DE MOVIMIENTO
TUBERIAS
532
Mecánica de los fluidos : fundamentos y aplicaciones / Yunus A. Çengel, John M. Cimbala - México : McGraw-Hill, 2006 - xxvii, 956 p. : il., fig., tablas ; 27 cm
Incluye glosario Incluye índice alfabético
CAPÍTULO UNO. INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS
1.1. Introducción
¿Qué es un fluido?
Áreas de aplicación de la mecánica de fluidos
1.2. La condición de no – deslizamiento
1.3. Breve historia de la mecánica de fluidos
1.4. Clasificación de los Flujos de Fluidos
Regiones viscosas de flujo en comparación con las no – viscosas
Flujo interno en comparación con el externo
Flujo compresible en comparación con el incompresible
Flujo laminar en comparación con el turbulento
Flujo natural (o no - forzado) en comparación con el forzado
Flujo estacionario en comparación con el no – estacionario
Flujos unidimensional, bidimensional y tridimensional
1.5. Sistema y volumen de control
1.6. Importancia de las dimensiones y de las unidades
Algunas unidades SI e inglesas
Homogeneidad dimensional
Razones para conversión de unidades
1.7. Modelado Matemático de los Problemas de Ingeniería
Modelado en la ingeniería
1.8. Técnica para la resolución de problemas
Paso 1: Enunciado del problema
Paso 2: Esquema
Paso 3: Hipótesis y aproximaciones
Paso 4: Leyes físicas
Paso 5: Propiedades
Paso 6: Cálculos
Paso 7: Razonamiento, verificación y comentario
1.9. Paquetes de Software para Ingeniería
Engineering Equation Solver (EES) (Programa para resolver ecuaciones de
ingeniería)
FLUENT
1.10. Exactitud, precisión y dígitos significativos
Proyector de aplicaciones: ¿qué tienen en común las explosiones nucleares?
Problemas
CAPÍTULO DOS. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
2.1. Introducción
Medio continuo
2.2. Densidad y gravedad específica
Densidad de los gases ideales
2.3. Presión de vapor y cavitación
2.4. Energía y calores específicos
2.5. Coeficiente de compresibilidad
Coeficiente de expansión volumétrica
2.6. Viscosidad
2.7. Tensión superficial y efecto de capilaridad
Efecto de capilaridad
Proyector de aplicaciones: cavitación
Problemas
CAPÍTULO TRES. PRESIÓN Y ESTÁTICA DE FLUIDOS
3.1. Presión
Presión en un punto
Variación de la presión con la profundidad
3.2. El manómetro
Otros instrumentos para medir la presión
3.3. El barómetro y la presión atmosférica
3.4. Introducción a la estática de fluidos
3.5. Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas sumergidas
Caso especial: placa rectangular sumergida
3.6. Fuerzas hidrostáticas sobre superficies curvas sumergidas
3.7. Flotación y estabilidad
Estabilidad de los cuerpos sumergidos y de los flotantes
3.8. Fluidos en el movimiento del cuerpo rígido
Caso especial 1: Fluidos en reposo
Caso especial 2: Caída libre de un cuerpo de fluido
Aceleración sobre una trayectoria recta
Rotación en un recipiente cilíndrico
Problemas
CAPÍTULO CUATRO. CINEMÁTICA DE FLUIDOS
4.1. Descripciones lagrangiana y Euleriana
Campo de aceleraciones
Derivada material
4.2. Fundamentos de visualización del flujo
Líneas de corriente y tubos de corriente
Líneas de trayectoria
Líneas de traza
Líneas fluidas
Técnicas refractivas de visualización del flujo
Técnicas de visualización del flujo sobre la superficie
4.3. Gráficas de los Datos sobre flujo de fluidos
Gráficas de perfiles
Gráficas vectoriales
Gráficas de contornos
4.4. Otras Descripciones Cinemáticas
Tipos de movimiento o deformación de los elementos de fluidos
Vorticidad y rotacionalidad
Comparación de dos flujos circulares
4.5. El Teorema del Transporte de Reynolds
Deducción alterna del teorema del transporte de Reynolds
Relación entre la derivada material y el RTT
Proyector de aplicaciones: actuadores fluídicos
Problemas
CAPÍTULO CINCO. ECUACIÓN DE CONSERVACIÓN DE MASA, DE BERNOULLI Y DE LA ENERGÍA
5.1. Introducción
Conservación de la masa
Conservación de la cantidad de movimiento
Conservación de la energía
5.2. Conservación de la masa
Gastos de masa y de volumen
Principio de conservación de la masa
Volúmenes de control en movimiento o en deformación
Balance de masa para procesos de flujo estacionario
Caso especial: flujo incompresible
5.3. Energía mecánica y eficiencia
5.4. La ecuación de Bernoulli
Aceleración de una partícula de fluido
Deducción de la ecuación de Bernoulli
Balance de fuerzas a través de las líneas de corriente
Flujo no estacionario y compresible
Presiones estáticas, dinámica y de estancamiento
Limitaciones en el uso de la ecuación de Bernoulli
Línea de gradiente hidráulico (LGH) y línea de energía (LE)
5.5. Aplicaciones de la Ecuación de Bernoulli
5.6. Ecuación general de la energía
5.7. Análisis de energía de los flujos estacionarios
Caso especial: Flujo incompresible sin aparatos de trabajo mecánico y
con fricción despreciable
Factor de corrección de la energía cinética
Problemas
CAPÍTULO SEIS. ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE FLUJO
6.1. Leyes de Newton y conservación de la cantidad de movimiento
6.2. Elección de un volumen de control
6.3. Fuerzas que actúan sobre un volumen de control
6.4. La ecuación del momento lineal
Casos especiales
Factor de corrección del flujo de la cantidad de movimiento
Flujo estacionario en reposo
Flujo estacionario en reposo con una entrada y una salida
Flujo sin fuerzas externas
6.5. Repaso del movimiento rotacional y del momento angular
6.6. La ecuación del momento angular
Casos especiales
Flujo sin momento externos
Dispositivos de flujo radical
Problemas
CAPÍTULO SIETE. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y MODELADO
7.1. Dimensiones y unidades
7.2. Homogeneidad dimensional
Eliminación de dimensiones de las ecuaciones
7.3. Análisis dimensional y similitud
7.4. El método de repetición de variables y el teorema Pi de Buckingham
Proyector histórico: Personas honradas con parámetros adimensionales
7.5. Pruebas experimentales y similitud incompleta
Configuración de un experimento y correlación de los datos
experimentales
Similitud incompleta
Pruebas en el túnel de viento
Flujos con superficies libres
Proyector de Aplicaciones: ¿Cómo vuela una mosca?
Problemas
CAPÍTULO OCHO. FLUJO EN TUBERÍAS
8.1. Introducción
8.2. Flujos laminar y turbulento
Número de Reynolds
8.3. La región de entrada
Longitudes de entrada
8.4. Flujo laminar en tuberías
Caída de presión y pérdida de carga
Tuberías inclinadas
Flujo laminar en tuberías no-circulares
8.5. Flujo Turbulento en tuberías
Esfuerzo de corte turbulento
Perfil de velocidad turbulento
El diagrama de Moody
Tipos de problemas de flujo de fluidos
8.6. Pérdidas menores
8.7. Redes de tuberías y selección de bomba
Sistemas de tuberías con bombas y turbinas
8.8. Medición de razón de flujo y de velocidad
Sonda de Pitot y sonda de Pitot estática (tubo de Prandtl)
Flujómetros de obstrucción: placas de orificio, medidores de Venturi y
toberas de flujo
Flujómetros de desplazamiento positivo
Flujómetros de turbina
Flujómetros de área variable (rotámetro)
Flujómetros ultrasónicos
Flujómetros electromagnéticos
Flujómetros de vórtice
Anemómetros térmicos (hilo caliente y película caliente)
Velocimetría láser Doppler
Velocimetría de imagen de partícula
Proyector de aplicaciones: Cómo funcionan o no funcionan, los flujómetros de placa de orificio
Problemas
CAPÍTULO NUEVE. ANÁLISIS DIFERENCIAL DE FLUJO DE FLUIDOS
9.1. Introducción
9.2. Conservación de Masa: La ecuación de Continuidad
Deducción con el uso del teorema de divergencia
Deducción con el uso de un volumen de control infinitesimal
Forma alternativa de la ecuación de continuidad
Ecuación de continuidad en coordenadas cilíndricas
Casos especiales de la ecuación de continuidad
9.3. La Función de Corriente
La función de corriente en coordenadas cartesianas
La función de corriente en coordenadas cilíndricas
La función de corriente de flujo compresible
9.4. Conservación de Cantidad de Movimiento Lineal: Ecuación de Cauchy
Deducción con el uso del teorema de divergencia
Deducción con el uso de un volumen de control infinitesimal
Forma alternativa de la ecuación de Cauchy
Deducción con el uso de la segunda Ley de Newton
9.5. La Ecuación de Navier – Stokes
Introducción
Fluidos newtonianos versus fluidos no – newtonianos
Deducción de la ecuación de Navier – Stokes para flujo isotérmico incompresible
Ecuaciones de continuidad y de Navier – Stokes en coordenadas cartesianas
Ecuaciones de continuidad y de Navier – Stokes en coordenadas cilíndricas
9.6. Análisis Diferencial de Problemas de Flujo de Fluidos
Cálculo del campo de presión para un campo de velocidad conocido
Soluciones exactas de las ecuaciones de continuidad y de Navier – Stokes
Problemas
CAPÍTULO DIEZ. SOLUCIONES APROXIMADAS DE LA ECUACIÓN DE NAVIER – STOKES
10.1. Introducción
10.2. Ecuaciones de movimiento sin dimensiones
10.3. Aproximación de flujo de Stokes
Fuerza de arrastre sobre una esfera en flujo de Stokes
10.4. Aproximación para regiones invíscidas de flujo
Derivación de la ecuación de Bernoulli en regiones invíscidas de flujo
10.5. La Aproximación de flujo irrotacional
Ecuación de continuidad
Ecuación de cantidad de movimiento
Deducción de la ecuación de Bernoulli en Regiones irrotacionales de flujo
Regiones irrotacionales bidimensionales de flujo
Superposición de flujo en regiones irrotacionales
Flujos planares irrotacionales elementales
Flujos irrotacionales formados por superposición
10.6. La Aproximación de la Capa Límite
Ecuaciones de la capa límite
El procedimiento de capa límite
Espesor del desplazamiento
Espesor de cantidad de movimiento
Capa límite turbulenta sobre placa plana
Capas límite con gradientes de presión
Técnica de la integral de la cantidad de movimiento para capas límite
Proyector de aplicaciones: formación de gotitas
Problemas
CAPÍTULO ONCE. FLUJO SOBRE CUERPOS: ARRASTRE Y SUSTENTACIÓN
11.1. Introducción
11.2. Arrastre y sustentación
11.3. Arrastre debido a fricción y a presión
Reducción del arrastre mediante de cambio de forma del cuerpo para una más currentilínea
Separación de flujo
11.4. Coeficientes de arrastre de geometrías comunes
Sistemas biológicos y arrastre
Coeficientes de arrastre de vehículos
Superposición
11.5. Flujo paralelo sobre Placas Planas
Coeficiente de fricción
11.6. Flujo sobre cilindros y esferas
Efecto de rugosidad de superficie
11.7. Sustentación
Efectos de los extremos de las alas
Sustentación generada por rotación
Proyector de Aplicaciones: reducción del arrastre
Problemas
CAPÍTULO DOCE. FLUJO COMPRESIBLE
12.1. Propiedades de estancamiento
12.2. Velocidad del sonido y número de Mach
12.3. Flujo isentrópico unidimensional
Variación de la velocidad de fluido con el área de flujo
Relaciones de propiedades de flujo isentrópico de gas ideal
12.4. Flujo isentrópico en toberas
Toberas convergentes
Toberas convergente – divergentes
12.5. Ondas de choque y ondas de expansión
Choques normales
Choques oblicuos
Ondas de expansión de Prandtl – Meyer
12.6. Flujo en ducto con transferencia de calor de fricción despreciable
(Flujo de Rayleigh)
Relaciones entre las propiedades para el flujo de Rayleigh
Flujo de Rayleigh bloqueado
12.7. Flujo Adiabático en un ducto con fricción (flujo de Fanno)
Relaciones entre las propiedades del flujo de Fanno
Flujo de Fanno bloqueado
Proyector de aplicaciones: ondas de choque/interacción de las capas límite
Problemas
CAPÍTULO TRECE. FLUJO EN CANAL ABIERTO
13.1. Clasificación de flujos en canales abiertos
Flujos uniforme y variado
Flujos laminares y turbulentos en canales
13.2. Número de Froude y velocidad de onda
Velocidad de ondas superficiales
13.3. Energía específica
13.4. Ecuaciones de energía y continuidad
13.5. Flujo uniforme en canales
Flujo uniforme crítico
Métodos de superposición para perímetros no uniformes
13.6. Mejores secciones transversales hidráulicas
Canales rectangulares
Canales trapezoidales
13.7. Flujo de variación gradual
Perfiles de superficie de líquido en canales abiertos, y (x)
Algunos perfiles representativos de la superficie
Soluciones numéricas del perfil de la superficie
13.8. Flujo de variación rápida y salto hidráulico
13.9. Control y medida del flujo
Compuertas de corriente subálvea
Compuertas de sobreflujo
Problemas
CAPÍTULO CATORCE. TURBOMAQUINARIA
14.1. Clasificaciones y Terminología
14.2. Bombas
Curvas de rendimiento de la bomba y correspondencia entre una bomba
y un sistema de tubería
Cavitación de la bomba y la carga de aspiración neta positiva
Bombas en serie y en paralelo
Bombas de desplazamiento positivo
Bombas dinámicas
Bombas centrífugas
Bombas axiales
14.3. Leyes de Semejanza para Bombas
Análisis dimensional
Velocidad específica de la bomba
Leyes de semejanza
14.4. Turbinas
Turbinas de desplazamiento positivo
Turbinas dinámicas
Turbinas de impulsión o acción
Turbinas de reacción
14.5. Leyes de semejanza para turbinas
Parámetros adimensionales de turbinas
Velocidad específica de las turbinas
Turbinas de gas y de vapor
Proyector de aplicaciones: atomizadores de combustible rotatorios
Resumen
Bibliografía y lecturas recomendadas
Problemas
CAPÍTULO QUINCE. INTRODUCCIÓN A LA DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL
15.1. Introducción y fundamentos
Motivación
Ecuaciones del movimiento
Procedimiento de solución
Ecuaciones de movimiento adicionales
Generación de la malla e independencia de la malla
Condiciones de la frontera
La práctica lo hace perfecto
15.2. Cálculos de la DFC de flujo laminar
Región de entrada de flujo de una tubería a Re = 500
Flujo alrededor de un cilindro circular a Re = 150
15.3. Cálculos de la DFC Turbulenta
Flujo alrededor de un cilindro circular a Re = 10 000
Flujo alrededor de un cilindro circular a Re = 10 7
Diseño del estator con álabes guía para un ventilador de flujo axial
15.4. DFC con transferencia de calor
Aumento de temperatura en un intercambiador de calor de flujo cruzado
Enfriamiento de un conjunto de circuitos integrados
15.5. Cálculos de la DFC de Flujo Compresible
Flujo compresible por una tobera convergente – divergente
Ondas de choque oblicuas en una cuña
15.6. Cálculos de la DFC para flujo en canal abierto
Flujo sobre una protuberancia en el fondo de un canal
Flujo a través de una compuerta de descarga (salto hidráulico)
Proyector de aplicaciones: un estómago virtual
Problemas
APÉNDICE 1. TABLAS Y GRÁFICAS DE PROPIEDADES (UNIDADES SI)
TABLA A – 1. masa molar, constante de gas y calores específicos de gas ideal de algunas sustancias
TABLA A – 2. Propiedades de puntos de ebullición y de congelación
TABLA A – 3. Propiedades del agua saturada
TABLA A – 4. Propiedades de refrigerante 134ª saturado
TABLA A – 5. Propiedades del amoniaco saturado
TABLA A – 6. Propiedades del propano saturado
TABLA A – 7. Propiedades de líquidos
TABLA A – 8. Propiedades de metales líquidos
TABLA A – 9. Propiedades del aire a 1 atm de presión
TABLA A – 10. Propiedades de gases a 1 atm de presión
TABLA A – 11. Propiedades de la atmósfera a gran altitud
FIGURA A – 12. Diagrama de Moody para el factor de fricción para flujo totalmente desarrollado en tuberías circulares
TABLA A – 13. Funciones de flujo compresible isentrópico unidimensional para un gas ideal con k = 1.4
TABLA A – 14. Funciones de onda de choque normal unidimensional para un gas ideal con k = 1.4
TABLA A – 15. Funciones de flujo de Rayleigh para un gas ideal con k = 1.4
TABLA A – 16. Funciones de flujo de Fanno para un gas ideal con k = 1.4
APÉNDICE 2. TABLAS Y GRÁFICAS DE PROPIEDADES (UNIDADES INGLESAS)
TABLA A – 1I. Masa molar, constante de gas y calores específicos de gas
ideal de algunas sustancias
TABLA A – 2I. Propiedades de puntos de ebullición y de congelación
TABLA A – 3I. Propiedades del agua saturada
TABLA A – 4I. Propiedades del refrigerante 134ª saturado
TABLA A – 5I. Propiedades del amoniaco saturado
TABLA A – 6I. Propiedades del propano saturado
TABLA A– 7I. Propiedades de líquidos
Tabla A– 8I. Propiedades de metales líquidos
TABLA A– 9I. Propiedades del aire a 1 atm de presión
TABLA A– 10I. Propiedades de gases a 1 atm de presión
TABLA A– 11I. Propiedades de la atmósfera a gran altitud
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MECANICA DE FLUIDOS
TURBOMAQUINARIA
VISCOSIDAD
MANOMETROS
CANTIDAD DE MOVIMIENTO
TUBERIAS
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