Fundamentos de Cinemática, Dinámica y Estática de Fluidos Viscosos Termoconductores

Se presenta la derivación de un conjunto de ecuaciones fundamentales de la Mecánica de Fluidos, obtenidas a partir de la aplicación de las leyes físicas básicas de conservación de masa, momentum y energía. A tal efecto, se presentan en primer lugar algunas nociones cinemáticas introductorias, donde se describe el movimiento de un fluido utilizando los dos abordajes clásicos: Lagrangiano y Euleriano. Se definen los conceptos tales como derivada total y aceleración del campo fluido. Se analizan los movimientos característicos de una partícula de fluido alrededor de un punto. Se deriva un teorema cinemático muy importante, denominado teorema de transporte de Reynolds, el cual es utilizado para expresar las ecuaciones diferenciales en términos de derivadas Eulerianas. La aplicación de la ley de conservación de la masa conduce a la denominada ecuación de continuidad. La dinámica de fluidos relaciona el movimiento con las fuerzas que lo originan. La ley de conservación de la cantidad de movimiento (momentum), basada en la segunda ley de Newton, conduce en definitiva a través de las relaciones constitutivas para fluidos Newtonianos, o ley de viscosidad de Stokes, a las ecuaciones de Navier-Stokes. Mientras que, la ley de conservación de la energía total (cinética + interna), basada en la primera ley de la Térmodinámica, conduce a la ecuación de la energía térmica. El conjunto de tales ecuaciones expresan, en el modo más general, la dinámica del flujo de fluidos viscosos termoconductores. Como casos particulares de estas ecuaciones se derivan las ecuaciones de Navier-Stokes para el flujo de fluidos viscosos incompresibles, las ecuaciones de Euler para el flujo de fluidos no viscosos (inviscidos), las ecuaciones generales de la hidrostática y la ecuación del calor. Finalmente se analiza la distribución hidrostática de presión, introduciendo los conceptos de altura piezométrica, presión absoluta y presión relativa.