TERMOFLUIDOS

1. LOS FLUIDOS Y LA INGENIERIA.

1.1. La solución de problemas de Ingeniería que involucran fluidos (líquidos o gases) requiere frecuentemente del cálculo de las características de éstos dentro de un equipo o sistema particular. Ejemplos de estas características incluyen la velocidad, temperatura, concentración de ciertas sustancias, esfuerzos de corte en paredes y partes móviles de equipos, etcetera. La determinación de estas características es importante porque permite al ingeniero diseñar, analizar y optimizar equipos y procesos.

2. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS. Existen dos tipos de propiedades en los fluidos.

2.1. PROPIEDADES PRIMARIAS O TERMODINAMICAS: -Presión. La presión es la fuerza que ejerce un fluido perpendicularmente a una superficie. -Densidad. La densidad es la masa de un cuerpo por unidad de volumen; siempre y cuando el fluido sea homogéneo y dependerá siempre de factores como la temperatura y la presión a la que está sometido. Los líquidos siempre serán compresibles y su densidad varía poco con la presión o la temperatura. Para medir la densidad se utiliza un densímetro que brinda una lectura directa de la densidad. -Temperatura. Es la propiedad de los sistemas que determina si los fluidos están en equilibrio térmico. Dependiendo de la temperatura y la presión en la que se encuentren los fluidos, pueden tener características de fluidos newtonianos o no newtonianos. Los fluidos newtonianos mantienen una viscosidad constante todo el tiempo en tanto que los fluidos no newtonianos no. Debido a esto un fluido no newtoniano no puede tener un valor de viscosidad constante. -Energía interna. Es el resultado de la energía cinética de las moléculas o los átomos que constituyen el fluido (de sus energías de translación, rotación y vibración) y de la energía potencial intermolecular (debida a las fuerzas intermoleculares) e intramoleculas de la energía de enlace. -Entalpía. La entalpía de un fluido es la energía contenida en un fluido y que está asociada directamente a su energía interna y a su presión; es decir, se trata de la cantidad de energía que un fluido podría cambiar con su entorno. Para la entalpía de un fluido existe una expresión matemática y es la siguiente: H = U + PV Teniendo que H es La entalpía del fluido, U es la energía interna del fluido, P es la presión de un fluido y V es el volumen que ocupa. -Entropía. Función de estado que mide el desorden de un sistema físico o químico, y por tanto su proximidad al equilibrio térmico. -Calor Especifico. Cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa para elevar la temperatura en una unidad. -Viscosidad. Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. -Peso especifico. Es la relación entre el peso de una sustancia y su volumen. -Volumen especifico. Es el volumen ocupado por una unidad de masa. Es el inverso de la densidad.

2.2. PROPIEDADES SECUNDARIAS Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos. -Conductividad térmica. Propiedad que tienen los cuerpos de transmitir el calor o la electricidad. -Tensión superficial de un líquido es la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. -Compresibilidad. La mayoría de las veces un líquido se puede considerar incompresible, sin embargo, cuando la presión cambia bruscamente la compresibilidad se evidencia. -Capilaridad. Es una propiedad de los fluidos que les permite avanzar por un canal (un tubo) con diámetro pequeño siempre y cuando las paredes del canal sean estrechas.

3. IMPORTANCIA DE LA INGENIERIA DE FLUIDOS Y TERMICA PARA EL INGENIERO INDUSTRIAL.

3.1. Hoy en día el diseño de virtualmente todos los medios de transporte requiere la aplicación de la mecánica de fluidos. Entre estos se incluyen tanto los aviones como maquinas terrestres, barcos, submarinos y típicamente automóviles. El diseño de sistemas de propulsión para vuelos especiales y cohetes está basado en los principios de la mecánica de fluidos.

3.2. Para determinar las fuerzas aerodinámicas y estudiar el flujo alrededor de edificios, puentes y otras estructuras complejas. El diseño de turbo maquinarias como bombas, hélices y turbinas de todo tipo requieren claramente de conocimientos de mecánica de fluidos. La lubricación es también un área de aplicaciones importantes. Los sistemas de calefacción y de ventilación, tanto de viviendas e industrias como de construcciones subterráneas, túneles y otros, así como el diseño de sistemas de cañerías son ejemplos en los cuales las técnicas de diseño están basadas en la mecánica de fluidos. Incluso el sistema de circulación del cuerpo humano es un sistema fluido; de ahí que se da el diseño de corazones artificiales, máquinas de diálisis, ayudas respiratorias y otros aparatos de este tipo estén basados en los principios de la mecánica de fluidos. Esto ha dado origen a la aerodinámica y la hidráulica dos ramas importantes de la mecánica de fluidos.

4. LA HIDRÁULICA

4.1. Este planea, diseña y construye soluciones de ingeniería a los problemas de los recursos hídricos superficiales, subterráneos y marítimos que emergen en el ambiente natural o en el aprovechamiento artificial de dichos recursos. Debido a que el agua se encuentra presente en casi todas las actividades desarrolladas por el hombre, es comprensible que la Hidráulica tenga muchas áreas de aplicación. Algunas de estas áreas son: Estructuras Hidráulicas Diseño, construcción operación y mantenimiento de estructuras de toma, represamiento, conducción y medición. -Hidráulica Fluvial Estadio y control de procesos Fluviales, transporte de sedimentos, morfología de ríos, estabilidad de taludes, encauzamiento y protección de riberas. -Hidráulica Marítima Morfología y protección de costas. Estadio del oleaje, mareas, corrientes, sedimentación y contaminación. Diseño de rompeolas, puertos y estructuras en mar adentro. -Hidráulica Agrícola Irrigaciones, drenaje, pequeñas estructuras de riego, riego tecnificado. -Hidráulica Urbana Suministro de agua potable, drenaje de aguas de lluvia y de aguas servidas. Tratamiento de aguas residuales. -Hidráulica Subterránea Flotación, monitoreo y recarga de acuíferos. Intrusión marina y control de la contaminación. Además, existen otras áreas de aplicación donde se presentan los temas ecológico y ambiental, la construcción de modelos Físicos y numéricos, la medición de Flujos y el manejo de los recursos hídricos

5. LA HIDROMETEOROLOGÍA

5.1. Se ocupa de los problemas hidrológicos y meteorológicos ligados al medio ambiente, a las Fuentes de agua, su conservación y control, pronósticos, etc. -Hidrología General Estudia la distribución de las aguas continentales y el ciclo hidrológico del agua; es decir, la circulación ininterrumpida del agua entre la tierra y la atmósfera. Medición y análisis de parámetros como precipitación, infiltración, escorrentía y flujo en canales -Hidrología Estadística Aplicación de conceptos y técnicas estadísticas y probabilísticas para evaluar, cuantificar y predecir los parámetros hidrológicos. -Meteorología Física Estadio de la atmósfera y de los Fenómenos y procesos Físicos que en ella se realizan. Medición de parámetros como temperatura, precipitación, vientos, presión atmosférica, humedad, evaporación, radiación solar, etc.

6. AERODINÁMICA

6.1. Es la rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Como ejemplo del ámbito de la aerodinámica podemos mencionar el movimiento de un avión a través del aire entre otros.

6.1.1. -Aerodinámica de Vuelo Diseño del Fuselaje y alas de los planeadores, aeronaves, cohetes y misiles. Diseño de palas del rotor de Interacción de las Fuerzas aerodinámicas con la estructura -Aerodinámica de Vehículos Diseño de la carrocería de autos de competencia automóviles pasajeros y camiones, trenes de alta velocidad y vehículos menores -Aerodinámica de Construcciones Diseño de construcciones sujetas a Fuerzas aerodinámicas extremas, tales como rascacielos, torres industriales, puentes y plataformas marítimas. -Aerodinámica Industrial Diseño de hélices de bombas y turbinas hidráulicas, palas de aerogeneradores, álabes de las turbinas a gas y trinas a vapor. -Aerodinámica Experimental Pruebas en túneles de viento para Fines de diseño e investigación, ¬utilización de instrumentos de medición ópticos y electrónicos, adquisición de datos. -Aerodinámica Computacional Aplicación de técnicas numéricas en el diseño de cuerpos aerodinámicos y en el estudio de los Fenómenos Físicos que limitan la performance aerodinámica. Desarrollo de software especializado.

7. ONDAS DE CHOQUE

7.1. En la mecánica de fluidos, una onda de choque es una onda de presión abrupta producida por un objeto que viaja más rápido que la velocidad del sonido. Una de sus características es que el aumento de presión en el medio se percibe como explosiones. Entre los ejemplos relacionados con la tecnología están: - Las bombas atómicas y sus ondas explosivas. -Los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido. -En la medicina se usan para destrozar los cálculos renales, técnica denominada litotricia.

8. COMPRESORES

8.1. Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores.

9. DEFINICIONES.

9.1. Un fluido es cualquier gas o líquido que se encuentre a nuestro alrededor o contenido en un recipiente. El fluido puede ser un compuesto puro, tal como el agua destilada contenida en un garrafón, o bien una mezcla de compuestos, tal como el aire que respiramos.

9.2. “Los fluidos se encuentran en nuestro alrededor y dentro de nosotros mismos y son importantes tanto en la vida diaria como en los procesos productivos.”

10. LA MECANICA DE FLUIDOS.

10.1. La mecánica de fluidos es una rama de la mecánica de los medios continuos, y esta a su vez es una rama de la física que estudia el movimiento de los fluidos y las fuerzas que los provocan; los fluidos se dividen en Gases y líquidos, estos tienen una característica similar y es que son incapaces de resistir esfuerzos cortantes, y esto provoca que no tengan una forma definida.

10.2. La Mecánica de Fluidos puede dividirse en: la estática de fluidos, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en movimiento. El término de hidrodinámica o hidráulica se aplica al flujo de líquidos. El término aerodinámica se ocupa del comportamiento de los gases.

10.3. La historia de la Mecánica de Fluidos, tiene sus orígenes en la hidráulica, tanto en Mesopotamia como en Egipto alrededor del año 400 a.C. proliferaron las obras hidráulicas que aseguraban el regadío. Posteriormente, los imperios griegos, chino y especialmente, el romano se caracterizan por una gran profusión de obras hidráulica. A lo largo de las historia aparecieron más inventos e investigadores que aportan mejoras importantes en el campo que hoy se denomina Mecánica de fluidos

11. RAMAS DE LA MECANICA DE FLUIDOS.

11.1. La mecánica de fluidos se ha dividido en diferentes ramas que cubren diferentes aspectos de la ingeniería, la física, las matemáticas, etc. Están destinadas a solucionar problemas de la vida cotidiana así como para desarrollar nueva tecnología y descubrir nuevos campos de la ciencia es aquí donde nuestro grupo relaciona la física con la tecnología y la importancia de los artefactos que se han creado gracias a esta rama de la física.

12. HIDROMETRÍA

12.1. Es el diseño y uso de instrumentos ¬utilizados 3en laboratorios y campos y métodos de colección y análisis de datos. Medición de parámetros como velocidad, caudal, nivel, temperatura, salinidad y transporte de sedimentos. -Hidráulica Experimental y Modelación Física Modelación de Flujos tridimensionales, turbulentos y no permanentes mediante la Utilización de equipos de laboratorio y modelos Físicos a escala reducida. Aplicación principal en el diseño de estructuras hidráulicas y sus efectos en el medio Fluido y cauce. -Hidráulica Computacional Modelación de procesos hidrodinámicos mediante el ¬so de modelos numéricos. Aplicaciones en rotura de presas, tránsito de avenidas, Flujo de mareas, circulación Forzada por viento, transporte de sedimentos, dispersión de contaminantes y flujo de aguas subterráneos. -Hidráulica Ambiental Estudia el impacto de los trabajos de ingeniería en los ecosistemas naturales. Calidad de agua, contaminación y protección del medio ambiente -Administración de Recursos Hídricos Planeamiento y administración del agua teniendo en cuenta los aspectos políticos, legales, institucionales, ambientales y de desarrollo sostenible. Solución de conflictos entre los usos del agua y los usuarios. Prevención y alerta de desastres

13. HIDRÁULICA INDUSTRIAL Y MÁQUINAS HIDRÁULICAS

13.1. Oleo- Hidráulica Transmisiones y controles hidráulicos que se utilizan aceites derivados del petróleo y líquidos sintéticos como Fluido de trabajo. Aplicaciones en máquinas herramientas: tornos, Fresadoras, taladros; máquinas agrícolas: sembradoras, cosechadoras; máquinas de obras civiles: niveladoras; máquinas mineras: trituradoras, barcos submarinos palas mecánicas, grúas etc. -Transporte y Procesamiento de Fluidos Sistema de conducción de OLE productos y gasoductos. Procesos industriales, instrumentos En el campo de máquinas, monitor térmico etc. -Máquinas Hidráulicas Sistemas aéreas y de máquinas volumétricas Pertenecen al primer grupo las bombas centrífugas, ventiladores y turbinas hidráulicos; al segundo grupo, las bombas de émbolo, cilindros hidráulicos y neumáticos, bombas y motores rotativos. Incluye temas como cavitación, erosión.

14. SUPERSÓNICA

14.1. La supersónica, una rama importante de la aerodinámica, se ocupa de los fenómenos que tienen lugar cuando la velocidad de un sólido supera la velocidad del sonido generalmente en el aire que es el medio por el que se desplaza; muchas veces escuchamos de los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido, es decir mayor de 1.225 km/h

15. TURBINAS

15.1. Las turbinas son unas máquinas por las cuales pasa un fluido de forma continua y dicho fluido le entrega su energía a través de un rodete con paletas. Existen muchos tipos de turbinas pero entre las principales se encuentran: Las turbinas hidráulicas, turbinas térmicas, turbinas eólicas y turbinas submarinas

16. OBRAS HIDRÁULICAS

16.1. Se entiende por obra hidráulica o infraestructura hidráulica a una construcción, en el campo de la ingeniería civil, donde el elemento dominante tiene que ver con el agua.