Mecánica de Fluidos

El recorrido parte con viscosidad y números adimensionales (cómo identificar regímenes de flujo y ordenar magnitudes), y continúa con cinemática de fluidos (campo de velocidades, líneas de corriente/trayectoria/humo).

Luego se trabaja hidroestática en dos etapas: primero distribución de presiones (reposo, aceleración y rotación) y después fuerzas hidrostáticas, empuje y estabilidad. Con esa base, pasamos al corazón operativo del curso: análisis integral con el Teorema de Transporte de Reynolds, aplicando balances de masa, energía y cantidad de movimiento a problemas típicos de ingeniería (tuberías, bombas/turbinas, codos, chorros, compuertas).

Finalmente, conectamos todo con el análisis puntual: continuidad diferencial, ecuación de Euler, flujo potencial y el salto a Navier–Stokes, para cerrar con flujos reales, pérdidas de carga y diseño básico de sistemas hidráulicos. El objetivo es que el alumno sepa qué ecuación usar, cuándo y cómo, y pueda resolver ejercicios de evaluación con un método claro y repetible.

Clase 1 — Viscosidad y Números Adimensionales

• Concepto físico de viscosidad.
• Ley de viscosidad de Newton y condición de no deslizamiento.
• Modelos de fluido: newtonianos y no newtonianos.
• Viscosidad dinámica y cinemática.
• Análisis dimensional y teorema Π de Buckingham.
• Números adimensionales relevantes (Reynolds, Froude, Weber, Mach).
• Similitud dinámica entre modelo y prototipo.

Clase 2 — Cinemática de Fluidos

• Descripción del movimiento de un fluido.
• Enfoque Lagrangiano y Euleriano.
• Campo de velocidades.
• Curvas cinemáticas: líneas de trayectoria, líneas de corriente y líneas de humo.
• Régimen permanente e impermanente.
• Flujo uniforme y variado.

Clase 3 — Hidroestática I: Definiciones y Distribución de Presiones

• Hipótesis de la estática de fluidos.
• Definición rigurosa de presión en un punto.
• Derivación de la ecuación fundamental de la hidrostática.
• Fluido en reposo en un marco inercial.
• Fluidos en marcos no inerciales: aceleración lineal.
• Fluidos en rotación angular uniforme.
• Superficies libres y su geometría.

Clase 4 — Hidroestática II: Fuerzas sobre Superficies y Volúmenes Sumergidos

• Fuerza hidrostática sobre superficies planas.
• Centro de presión y su ubicación.
• Fuerzas sobre superficies curvas: descomposición horizontal y vertical.
• Empuje hidrostático y ley de Arquímedes.
• Centro de empuje.
• Estabilidad de cuerpos flotantes y altura metacéntrica.

Clase 5 — Análisis Integral I: Teorema de Transporte de Reynolds (Masa y Energía)

• Concepto de análisis integral y volumen de control.
• Teorema de Transporte de Reynolds.
• Conservación de masa (ecuación de continuidad integral).
• Conservación de energía y ecuación de energía.
• Ecuación de Bernoulli como caso límite.
• Aplicaciones a tuberías, bombas y turbinas.

Clase 6 — Análisis Integral II: Cantidad de Movimiento y Síntesis

• Ecuación integral de cantidad de movimiento.
• Fuerzas de presión, peso y reacciones.
• Aplicaciones a codos, toberas, chorros y deflectores.
• Relación y uso combinado de los balances de masa, energía y momentum.
• Selección del balance adecuado según el problema físico.

Clase 7 — Análisis Puntual I: Continuidad y Ecuación de Euler

• Forma diferencial de la ecuación de continuidad.
• Flujo incompresible y compresible.
• Derivada material y aceleración del fluido.
• Formulación diferencial del balance de momentum.
• Ecuación de Euler para flujos invíscidos.

Clase 8 — Análisis Puntual II: Coordenadas Naturales y Flujo Potencial

• Ecuación de Euler en coordenadas naturales (s, n).
• Interpretación de Bernoulli como proyección tangencial.
• Equilibrio normal y curvatura de líneas de corriente.
• Introducción al flujo potencial.
• Superposición de soluciones elementales.

Clase 9 — Ecuaciones de Navier–Stokes

• Tensor de tensiones y descomposición presión–viscosidad.
• Derivación de las ecuaciones de Navier–Stokes
• Interpretación física de cada término.
• Casos simplificados y límites de validez.

Clase 10 — Fluidos Reales, Pérdidas de Carga y Sistemas Hidráulicos

• Flujos reales y efectos viscosos.
• Pérdidas de carga distribuidas y localizadas.
• Factor de fricción y ecuaciones empíricas.
• Diseño básico de sistemas de tuberías
• Síntesis conceptual del curso y aplicaciones ingenieriles.