UNIVERSIDAD CATÓLICA ANDRÉS BELLO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

Autores:

Fernández, Laura.

González, Eugenio.

Herrera, Eduardo.

Martínez, Valentina.

Desarrollo Histórico de la Mecánica de Fluidos

“La mecánica de fluidos es el área de la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos tanto en reposo como en movimiento” (Granger, 1995). Cosas tan cotidianas como el vuelo de un pájaro, la natación, respirar o beber agua requieren necesariamente de la circulación de fluidos, por lo cual es necesario comprender y estudiar su comportamiento.

La Mecánica de fluidos es una ciencia basada en la evidencia experimental, y tiene en cuenta, al igual que cualquier otra ciencia, la interacción entre el experimento y la teoría.

Los descubrimientos arqueológicos han mostrado que hace 6000 años, en Egipto, Mesopotamia e India, el Hombre ya tenía la necesidad de controlar el agua, sea mediante la construcción de canales, presas o embalses. Igualmente, hace aproximadamente 3000 años, el Hombre diseñó y construyó ruedas hidráulicas con el propósito de elevar agua. Más tarde hace 2400 años, Aristóteles ya se preguntaba y comentaba sobre la densidad así como sobre algunos aspectos de los cuerpos en reposo y el concepto de aceleración uniforme. Un siglo más tarde, Arquímedes estableció los principios fundamentales de la hidráulica y la flotación. Por otra parte, en el imperio Romano, se emprendieron trabajos de saneamiento y drenaje y se construyeron grandes ruedas hidráulicas para la molienda del grano. No obstante, a pesar  de su experiencia práctica, puede decirse que los romanos no realizaron ninguna contribución importante para entender el comportamiento de los fluidos.

Durante la Edad Media (entre el siglo V y el siglo XV), no hubo avances en estos conocimientos. Fue hacia el final de la Edad Media e inicio de la Edad Moderna (entre el siglo XV y el siglo XVIII)), cuando afamados científicos e ingenieros realizaron grandes aportaciones teóricas y experimentales para el desarrollo de la hidráulica y la hidrodinámica, ambas antecedentes de la mecánica de fluidos.

Fue durante el Renacimiento cuando Leonardo Da Vinci (1452-1519) estudió numerosos fenómenos hidráulicos y dirigió la realización de trabajos prácticos, siendo el primero en formular correctamente el principio de continuidad, enunciado como: “La velocidad de un flujo varía en forma inversamente proporcional al área de la sección transversal del mismo”. (García Sosa, 2004).

En 1612, Galileo Galilei (1564-1642), elabora el primer estudio sistemático de los fundamentos de la hidrostática. Su obra científica principal, es la invención de la balanza hidrostática para la determinación de pesos específicos. Un discípulo de Galileo, Evangelista Torricelli (1608-1647), fue el primero en realizar un experimento para demostrar que la presión atmosférica determina la altura a la cual se eleva el fluido, en un tubo invertido sobre dicho material; concepto que condujo al desarrollo del barómetro. También probó que para un tanque, la descarga en un orificio es proporcional a la raíz cuadrada de la altura del líquido sobre el orificio.

Blaise Pascal (1623-1662) se interesó en los trabajos de Torricelli sobre presión atmosférica, clarificando los principios del barómetro y de la distribución de presiones, conociéndose este último como la Ley de Pascal, enunciada como: “La presión en un punto para un fluido en reposo o en movimiento es independiente de la dirección, siempre y cuando no se presenten esfuerzos tangenciales” (García Sosa, 2004).

Isaac Newton (1642-1727), un destacado científico inglés de la época, es a quien se debe el definitivo impulso de la mecánica de los fluidos; propuso las leyes generales del movimiento y la luz de resistencia viscosa lineal para los fluidos que hoy se denominan newtonianos. Establece la Ley de Newton de la viscosidad que, “para un determinado fluido, la tensión tangencial de rozamiento aplicada según una dirección es directamente proporcional a la velocidad (en módulo) en la dirección normal a la primera, siendo la constante de proporcionalidad correspondiente al coeficiente de viscosidad”. (Bourne, 1982).

También son destacables los aportes de Daniel Bernoulli (1700-1782); en su lbro sobre el flujo de fluidos (hidrodinámica) publicado en 1738, “demostró que si aumenta la velocidad de flujo de un fluido, su presión disminuye (principio de Bernoulli. Fue el primero en explicar el comportamiento de los gases  bajo cambios de presión y temperatura…”. (González, 1971).

Leonhard Euler (1707-1783), concibió a los fluidos como medios continuos e introdujo el concepto de partícula de fluido. Construyó la conocida ecuación de continuidad para la densidad, que expresa en forma matemática el hecho físico de que la masa se conserva. A su vez, introduce la ecuación para la cantidad de movimiento o momento lineal, dando con ello la primera ecuación dinámica para los fluidos. La ecuación de continuidad que escribió Euler aun es la base en el tratamiento de la hidrodinámica y se utiliza para la descripción de flujos ideales, es decir, que es aplicable al caso en que la viscosidad no es apreciable.

Jean le Rond d'Alembert (1717-1783), establece que la divergencia de la densidad de corriente es igual al negativo de la derivada de la densidad de carga respecto del tiempo. En otras palabras, sólo podrá haber un flujo de corriente si la cantidad de carga varía con el paso del tiempo, ya que está disminuyendo o aumentando en proporción a la carga que es usada para alimentar dicha corriente.

Claude-Louis Navier (1785-1836) y George Gabriel Stokes (1819-1903), formularon las ecuaciones diferenciales de movimiento de fluidos viscosos. Se trata de un conjunto de ecuaciones en derivadas parciales no lineales que describen el movimiento de un fluido. Estas ecuaciones se obtienen aplicando los principios de conservación de la mecánica y la termodinámica a un volumen fluido.

Después de 1873 Osborne Reynolds se concentró en la mecánica de fluidos y fue en esta área donde hizo un importante aporte a la humanidad.  Estudio el cambio del flujo a través de las tuberías, de paso laminar a turbulento.

El número de Reynold como es ahora llamado, era usado para modelar flujos en su teoría y se le dio ese nombre después de los trabajos

            Por último, se encuentra la teoría de capa limite, introducida por Prandlt, esta teoría establece que, para un fluido en movimiento, todas las perdidas por fricción tiene lugar en una delgada capa adyacente al contorno del solido (llamada capa limite) y que el flujo exterior a dicha capa puede considerarse como carente de viscosidad.

Bibliografía

García Sosa, J. (2004). Mecánica de Fluidos: Antecedentes y Actualidad. Mérida, México: Universidad Autónoma de Yucatán.

Bourne, M. (1982). Food texture and viscosity. Estados Unidos de Norte América: Academic Press.

González C., V. (1971). Física fundamental. México D.F., México: Progreso, S.A.

Duarte Agudelo, C. (2004). Introducción a la mecánica de fluidos. Bogotá, Colombia: Universidad Nacional de Colombia.