Importancia_de_la_Mecanica_de_Fluidos_en

Vista previa del material en texto

1 
 
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL 
Facultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra 
Mecánica de Fluidos I 
Toala Vite Kevin Javier 
kjtoala@espol.edu.ec 
Guayaquil – Ecuador 
Importancia de la Mecánica de Fluidos en la Ingeniería 
CONTENIDO 
OBJETIVOS ................................................................................................................................2 
INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................2 
LA MECÁNICA DE FLUIDOS EN LA INGENIERÍA MECÁNICA .......................................................2 
APLICACIÓN DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS EN EVENTOS COTIDIANOS .....................................4 
LA MECÁNICA DE FLUIDOS EN ESTUDIOS SUPERIORES ..............................................................5 
CONCLUSIONES .......................................................................................................................5 
BIBLIOGRAFÍA .........................................................................................................................6 
 
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES 
ILUSTRACIÓN 1: PROCESO DE RESPIRACIÓN. (GARCÍA, 2013) ......................................2 
ILUSTRACIÓN 2: DIAGRAMA DE UN FLUIDO SOMETIDO A UN ESFUERZO 
CORTANTE. (MÉNDEZ SÁNCHEZ, 2010).......................................................................2 
ILUSTRACIÓN 3: CILINDROS HIDRÁULICOS DE UNA RETROEXCAVADORA. 
(TÉCNICA HIDRÁULICA, S.F.) ........................................................................................3 
ILUSTRACIÓN 4: PISTOLA NEUMÁTICA DE IMPACTO. (ZONA HERRAMIENTAS, 
2018) ....................................................................................................................................4 
ILUSTRACIÓN 5: PRUEBA AERODINÁMICA DE UN AUTO DE CARRERAS. (SACO, 
2015) ....................................................................................................................................4 
ILUSTRACIÓN 6: MODELO DE CORRIENTES DE AIRE Y POSIBLE FORMACIÓN DE 
TORNADOS. (NUTESCA, S.F.) .........................................................................................4 
ILUSTRACIÓN 7: ESTUDIO AERODINÁMICO DE UN NADADOR OLÍMPICO. 
(GALEON, 2012) .................................................................................................................4 
ILUSTRACIÓN 8: CHORRO LÍQUIDO MICROMÉTRICO. (FERNÁNDEZ, 2013) ...............5 
ILUSTRACIÓN 9: ESQUEMA DE LAS ARTERIAS QUE CONFORMAN UN RIÑÓN 
HUMANO. (BIOLOGÍA APLICADA, 2014) .....................................................................5 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
TABLA 1: EQUIPOS USADOS EN EL CICLO DE GENERACIÓN DE VAPOR. 
(COMBINADOS, 2014) ......................................................................................................3 
TABLA 2: EQUIPOS USADOS EN UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN. (CATANO, 2013)
 .............................................................................................................................................3 
 
2 
 
Objetivos 
El presente informe tiene como 
objetivos: 
• Investigar sobre la importancia 
de la mecánica de fluidos en la 
vida cotidiana y en la Ingeniería 
Mecánica. 
• Analizar proyectos de carrera y 
de estudios superiores 
(postgrado) relacionados a la 
mecánica de fluidos, y la 
importancia a la solución de 
problemas para la sociedad. 
• Determinar la aplicación de la 
mecánica de fluidos a eventos 
cotidianos. 
Introducción 
En nuestro diario vivir, 
inconscientemente nos encontramos 
interactuando con un fluido, por 
ejemplo, cuando respiramos estamos 
inhalando y exhalando el aire de la 
atmosfera, que es un fluido en estado 
gaseoso, tal y como se muestra en la 
ilustración 1, o cuando bebemos agua, 
estamos interactuando con un fluido en 
estado líquido, pero también lo hacemos 
cuando caminamos, corremos, nadamos, 
saltamos, sudamos, y un sin número más 
de actividades que podamos realizar, por 
tanto, sin importar donde vayamos en el 
planeta, y la actividad o el trabajo que 
realicemos, siempre estaremos 
interactuando con un fluido. (Ahmed, 
2018) 
 
Ilustración 1: Proceso de respiración. (García, 
2013) 
Con la ayuda de la mecánica de fluidos 
que tiene una amplia gama de 
aplicaciones en la ingeniería y que se 
encarga de estudiar el comportamiento 
de un fluido en reposo o en movimiento, 
siendo este un líquido, gas o plasma, 
conoceremos qué es un fluido y la forma 
en la que interactúan. 
Por lo antes expuesto, un fluido se define 
como un material que se deforma 
continuamente bajo una carga constante, 
como se puede apreciar en la ilustración 
2 a continuación. (Ghassemi, 2017) 
 
Ilustración 2: Diagrama de un fluido sometido a 
un esfuerzo cortante. (Méndez Sánchez, 2010) 
La mecánica de fluidos en la 
Ingeniería Mecánica 
En la ingeniería mecánica, la mecánica 
de fluidos se aplica principalmente en el 
diseño y construcción de sistemas de 
generación de vapor, sistemas de 
refrigeración, sistemas hidráulicos, 
sistemas neumáticos y en la aeronáutica. 
A continuación, en la tabla 1 se muestran 
los equipos que se emplean para la 
generación de vapor y su función. 
3 
 
Equipo Función 
Caldera 
Este equipo funciona 
como un intercambiador 
de calor a fin de generar 
vapor, mediante la 
quema de combustible 
fósil. 
Supercalentador 
Tiene como función 
mejorar la eficiencia del 
vapor generado en la 
caldera. 
Turbina de 
Vapor 
Este equipo aprovecha la 
presión del vapor 
sobrecalentado, para 
mover las aspas de una 
turbina que está 
conectada al eje de un 
generador. 
Condensador 
Este equipo actúa como 
un intercambiador de 
vapor, con el fin de 
reducir la temperatura 
del vapor saliente de la 
turbina, regresándolo a 
su estado líquido. 
Torre de 
enfriamiento 
Este equipo enfría el 
agua saliente del 
condensador. 
Tabla 1: Equipos usados en el ciclo de 
generación de vapor. (Combinados, 2014) 
De la misma forma, a continuación, en la 
tabla 2 se muestran los equipos 
empleados en un sistema de 
refrigeración. 
Equipo Función 
Compresor 
Ese equipo es un 
intercambiador de calor, 
teniendo como fin el elevar la 
temperatura y presión del 
fluido refrigerante. 
Condensador 
Tiene como fin el reducir la 
temperatura del refrigerante 
saliente del compresor, pero 
no su presión. 
Válvula de 
expansión 
Este equipo disminuye la 
presión del refrigerante 
saliente del condensador, 
reduciendo abruptamente la 
temperatura de este. 
Evaporador 
Tiene como fin regresar al 
refrigerante a su temperatura 
y presión normal. 
Tabla 2: Equipos usados en un sistema de 
refrigeración. (Catano, 2013) 
En los sistemas hidráulicos, se 
aprovechan ciertas propiedades y 
principios de los fluidos en estado 
líquido, como la incompresibilidad, a fin 
de poder diseñar y construir cilindros 
hidráulicos que tienen diversas 
aplicaciones en la industria, usándose en 
tractores, grúas, retroexcavadoras, 
frenos y suspensiones de camiones, gatos 
hidráulicos, maquinas extrusoras, 
perforadoras, entre otras. (Hidráulica, 
2007) 
 
Ilustración 3: Cilindros hidráulicos de una 
retroexcavadora. (Técnica Hidráulica, s.f.) 
En los sistemas neumáticos, se trabaja 
principalmente con fluidos en estado 
gaseoso, ya que se requiere aprovechar 
su compresibilidad para diseñar y 
fabricar amortiguadores, compresores, 
válvulas de expansión, condensadores, 
pistolas de aire, frenos, entre otros. 
(Hidráulica, 2007) 
4 
 
 
Ilustración 4: Pistola neumática de impacto. 
(Zona Herramientas, 2018) 
En la Aeronáutica, se emplea la 
mecánica de fluidos para estudiar la 
interacción entre un fluido y una 
superficie, con el fin de analizar las 
fuerzas que actúan sobre dicha 
superficie, logrando así una reacción 
esperada como lo es volar para los 
aviones o mayor velocidad para los autos 
de carreras y barcos. Entre sus 
aplicaciones tenemos alerones, trenes de 
aterrizaje, timones, entre otras. 
 
Ilustración 5: Pruebaaerodinámica de un auto 
de carreras. (Saco, 2015) 
Aplicación de la mecánica de fluidos 
en eventos cotidianos 
En la vida diaria, la mecánica de fluidos 
tiene muchas aplicaciones, por lo cual, 
algunos ingenieros y científicos aplican 
modelos computacionales sofisticados 
para simular y comprender las 
interacciones entre la atmósfera, los 
océanos y los climas globales, como se 
puede apreciar en la ilustración 6, 
además sirve para modelar el 
movimiento de las partículas finas 
contaminantes en el aire, así como 
también, para mejorar el pronóstico del 
tiempo mediante el estudio de modelos 
atmosféricos que están constituidos 
esencialmente por ecuaciones fluido-
dinámicas que, resueltas mediante 
supercomputadoras, permiten 
pronosticar con antelación las 
condiciones meteorológicas en cualquier 
punto del planeta. (Mechanical 
Engineering, 2015) 
 
Ilustración 6: Modelo de corrientes de aire y 
posible formación de tornados. (Nutesca, s.f.) 
En la ingeniería agrícola, se estudian los 
flujos de agua a través de canales, 
medios porosos y rocas, con el fin de 
optimizar los sistemas de riego. 
También, la mecánica de fluidos se 
aplica a los deportes, ya que los expertos 
analizan problemas fluidodinámicos que 
aparecen en disciplinas como la 
natación, la vela, el golf, o el fútbol, para 
mejorar el desempeño de los atletas y de 
los equipos deportivos, como se puede 
observar en la ilustración 7 a 
continuación. (Fernández, 2013) 
 
Ilustración 7: Estudio aerodinámico de un 
nadador olímpico. (Galeon, 2012) 
5 
 
En la actualidad, la mayoría de las 
industrias hacen uso de fluidos para su 
correcto funcionamiento y para la 
producción de sus productos, así como 
también, casi todas las ciudades del 
mundo usan sistemas de distribución de 
agua, gas o de vapor, y el conocer sobre 
la mecánica de fluidos se vuelve un 
punto muy importante, ya que se puede 
optimizar estos sistemas de manera que 
sean más eficientes, logrando así un 
menor consumo de energía y por lo tanto 
menos emisiones, por lo que de esta 
manera se logra un gran impacto positivo 
al ecosistema y a la sociedad. 
La mecánica de fluidos en estudios 
superiores 
En la nanotecnología, no podía faltar la 
mecánica de fluidos, debido a que se ha 
aprendido a producir de forma 
controlada burbujas, gotas y chorros en 
escala nanométrica, y esto permite que se 
puedan generar chorros de hasta 10,000 
veces más finos que un cabello 
(ilustración 8), cuya posterior 
solidificación da lugar a minúsculas 
formas sólidas con estructuras que 
pueden ser seleccionadas en función su 
aplicación. (Fernández, 2013) 
 
Ilustración 8: Chorro líquido micrométrico. 
(Fernández, 2013) 
En la medicina la mecánica de fluidos se 
ha vuelto indispensable para estudiar y 
comprender el funcionamiento de 
nuestro sistema circulatorio, en especial, 
el acoplamiento entre el flujo sanguíneo 
y la respuesta elástica de arterias y venas, 
lo que también permite estudiar la 
microcirculación en los órganos como se 
muestra en la ilustración 9, el 
funcionamiento del sistema respiratorio, 
la fluidodinámica del globo ocular y del 
oído interno, o la dinámica de 
infecciones bacterianas y como se 
expanden. (Fernández, 2013) 
 
Ilustración 9: Esquema de las arterias que 
conforman un riñón humano. (Biología 
Aplicada, 2014) 
Conclusiones 
Como conclusiones se tiene lo siguiente: 
• A nivel general, la mecánica de 
fluidos puede ser aplicada en 
cualquier rama de estudio, sea 
esta, ingeniería, medicina, 
electrónica, logística, entre otras. 
• En la ingeniería mecánica, la 
mecánica de fluidos juega un 
papel fundamental, puesto que 
generalmente delimita muchos 
de los procesos de diseño y 
manufactura. 
• La correcta aplicación de la 
mecánica de fluidos a diversos 
sistemas permite que estos sean 
más eficientes y por ende tengan 
un menor consumo energético. 
6 
 
• Gracias al estudio de los fluidos 
se han logrado resolver muchos 
problemas, contribuyendo de 
esta manera al bienestar de la 
sociedad. 
Bibliografía 
Ahmed, M. (22 de Diciembre de 2018). 
Quora. Obtenido de 
https://www.quora.com/Why-is-
the-study-of-fluid-mechanics-
important 
Biología Aplicada. (7 de Octubre de 
2014). Obtenido de 
http://practibiofuentezuelas2014
4esoa3.blogspot.com/2014/10/ri
non-de-cerdo.html 
Catano, J. (6 de Agosto de 2013). 
ScienceDirect. Obtenido de 
https://www.sciencedirect.com/s
cience/article/pii/S00179310130
05553 
Combinados, C. (2014). Ciclos 
Combiandos. Obtenido de 
http://www.cicloscombinados.co
m/index.php/ciclo-agua-vapor 
Fernández, J. M. (2013). Un mundo de 
fluidos: su estudio y 
aplicaciones. Badajoz. 
Galeon. (2012). Obtenido de 
http://ogarrionatacion.galeon.co
m/aficiones2020335.html 
García, S. (18 de Diciembre de 2013). 
Investiciencias. Obtenido de 
https://www.investiciencias.com
/componentes/procesos-
organismicos/15-respiracion/18-
respiracion-en-los-
humanos.html 
Ghassemi, M. (24 de Marzo de 2017). 
Science Direct. Obtenido de 
https://www.sciencedirect.com/s
cience/article/pii/B97801280377
99000042 
Hidráulica. (30 de Agosto de 2007). 
Obtenido de http://hidraulica-
ingenieria.blogspot.com/2007/08
/aplicaciones-de-la-
hidrulica.html 
Mechanical Engineering. (2015 de 
Octubre de 2015). Obtenido de 
https://basicmechanicalengineeri
ng.com/fluid-mechanics-
fundamentals-and-applications-
in-engineering/ 
Méndez Sánchez, A. F. (Enero de 
2010). ResearchGate. Obtenido 
de 
https://www.researchgate.net/fig
ure/FIGURA-1-Diagrama-de-
un-fluido-en-flujo-cortante-
simple_fig1_41847100 
Nutesca. (s.f.). Obtenido de 
http://www.nutesca.com/index.p
hp/el-tiempo/huracanes-
tormentas-tornados-y-
oceanografia 
Saco, S. (20 de Agosto de 2015). El 
Mundo. Obtenido de 
https://www.elmundo.es/motor/2
015/08/20/55d5bc5c268e3ed31d
8b457f.html 
Técnica Hidráulica. (s.f.). Obtenido de 
http://www.tecnicahidraulica.co
m.ar/cilindros-hidraulicos.html 
Zona Herramientas. (2018). Obtenido 
de 
https://zonaherramientas.com/co
mprar-llaves-impacto-
neumaticas/