Transcript Capitulo 1
Mecánica De Los Fluidos
Capítulo 1.
Propiedades de Los Fluidos Año 2011
Cap. 1: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Definición de FLUIDO:
Sustancia que se deforma constatemente cuando se somete a un esfuerzo cortante (por más pequeño que sea).
Sustancia que ocupa la forma del recipiente que lo contiene (LIQUIDO).
Sustancia que ocupa la forma y el volumen del recipiente que lo contiene (GAS).
Insertar figura 1.1
esfuerzo
_
cortante
F A
Fuerza que causa que la velocidad U sea uniforme Área de la placa superior El fluido se deforma de
abdc
a la nueva posición
ab’c’d
F
AU t
En forma más general
F A
U t U t
Es la rapidez de deformación angular
du dy
LEY DE VISCOSIDAD DE NEWTON
viscosidad
del fluido Insertar figura 1.2
UNIDADES
Sistema de unidades es
congruente
(o consistente) cuando una unidad de
fuerza aceleración
.
causa que una unidad de
masa
sufra una unidad de Insertar tabla 1.1
Sistema SI 1
N
1 Unidad Derivada
Kg
1
m seg
2 Unidad Derivada Sistema USC 1
lb
1
slug
1
ft seg
2
Sistema USI necesita apoyarse en una cte. de proporcionalidad escribiendo la 2ª ley de Newton de la forma
m F
a g
0 En condiciones de gravedad estándar en el vacío: Por lo tanto la gravedad específica g 0 vale en USI: en EEUU, en China o en la Luna 1
lb
1
lb m g
0
ft
32 .
174
seg
2
g
0 32 .
174
lb m
lb ft
seg
2 El
peso W
de un cuerpo se determina por el producto de la
masa M
por la aceleración local de la
gravedad g
.
W
M
g
En la contratapa de libro se dan las conversiones en distintos sistemas para varias unidades.
PREFIJOS
para potencias de 10 en el
SISTEMA SI
Insertar tabla 1.2
VISCOSIDAD
Es la
propiedad mas importante
en el
flujo
de fluidos.
La
viscosidad
es la propiedad mediante la cual
ofrece resistencia al corte .
Según la ley de viscosidad de Newton, para una deformación angular dada, el
esfuerzo cortante es directamente proporcional a la viscosidad
.
Ej. La
miel
y la
brea
son altamente viscosos; el tienen viscosidades muy pequeñas.
agua
y el
aire
La viscosidad de un
gas aumenta
con la
temperatura
.
La viscosidad de un
líquido disminuye
con la
temperatura
.
VISCOSIDAD
Para
presiones bajas
la viscosidad depende sólo de la
temperatura
.
En estado de
reposo
, o cuando no existe movimiento diferencial entre capas adyacentes,
du/dy
(estática de los fluidos Cap. 2).
Las dimensiones de la viscosidad: : [ es cero y
no existe esfuerzo cortante
FL
2
T
]
du
dy
:
du
: [ : [
LT FL
1 ] 2
dy
] : [
L
] Por la 2ª ley de Newton:
F
: [
MLT
2 ] entonces la viscosidad también se puede expresar: : [
ML
1
T
1 ]
VISCOSIDAD
UNIDADES para la viscosidad
Absoluta o Dinámica
Para el sistema SI :
N m
2
s
Kg m
s
(1 E-3 Ns/m 2 ) Para el sistema USC :
lb ft
2
s
slug ft
s
Para el sistema CGS :
dina cm
2
s
gr cm
s
Poise (P)
VISCOSIDAD
Viscosidad
Cinemática
: : [ 2
L T
1 ] Para el sistema SI Para el sistema USC Para el sistema CGS : : : [ :
ML
1
T
[
ML
3 1 ] ]
m s
2 :
ft
2
s
:
cm
2
s
(1 E-6 m 2 /s) Stoke (St) Valores de ver figuras C.1 y C.2 del apéndice “C”
MEDIO CONTINUO
Para adoptar
bases matemáticas
o analíticas, es necesario considerar que la
estructura molecular
original es reemplazada por un medio hipotético llamado
medio continuo
.
Por ej. la velocidad de un punto debe ser considerada como el promedio de la velocidad de la masa que rodea ese punto.
La
densidad
, el
volumen específico
, la
presión
,
velocidad
y
aceleración
se supone que
varían contínuamente
en todo el fluido o que son
constantes
.
DENSIDAD
se define como la masa por unidad de volumen para agua a presión estandar (760 mmHg) y a 4 ºC, : [
ML
3 ] 1 .
94
slugs
/
ft
3 o bien 1000
Kg
/
m
3
VOLUMEN ESPECIFICO
es el recíproco de la densidad, es decir, el volumen ocupado por la unidad de masa.
v s
1
PESO ESPECIFICO
es el peso por unidad de volumen depende de la aceleración de la gravedad
g
DENSIDAD RELATIVA
relación entre el peso de una sustancia y el peso de un volumen equivalente de agua en condiciones estándar.
S
agua
agua
PRESIÓN
es la fuerza normal que enpuja contra un área plana dividida por el área.
Dentro de un recipiente, el fluido ejerce una presión contra las paredes, y el recipiente ejerce una reacción que será compresiva para el fluido.
p
fuerza área
:
N m
2 también en [
psf
] o [
Pa
] [
psi
] En estática de fluidos
p
h
GAS PERFECTO
las relaciones termodinámicas y los flujos de fluidos compresibles se limitan al los gases prefectos (o ideales), los cuales satisfacen la siguiente ley:
p
v s
R
T
fluido ideal
: carece de fricción y es imcompresible
gas perfecto
: tiene viscosidad (desarrolla esfuerzos de corte) y es compresible La ecuación se puede escribir
p
RT
y R tiene unidades de
R
:
N m
2
m
3
Kg
1 º
K
m
Kg
N K
Ley de
CHARLES
:
p = cte
, V del gas depende solo de T Ley de
BOYLE
:
T = cte
, V del gas depende solo de p haciendo el análisis a nivel
molecular
e introduciendo la ley de
AVOGADRO
(volúmenes iguales de gases a la misma T y p absolutas tienen el mismo número de moléculas, por lo tanto, sus masas son proporcionales a los pesos moleculares) resulta el producto
MR
llamado
cte universal de los gases.
MR
8312
Kg
m
N mol
K
M: peso molecular
R
8312
M
m Kg
N K
ver tabla C.3 del apéndice “C”
Calor específico
c v
: es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando
V
es cte.
Calor específico
c p
: es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando
p
es cte.
k es la relación de calores específicos
k
c p c v
R se relaciona con c v y c p mediante la forma
c p
c v
R
MODULO ELASTICO A LA COMPRESION
Es importante cuando existen cambios repentinos o grandes en la presión (GOLPE DE ARIETE). Un aumento de presión
dp
causará una disminución del volumen
-dV
.
K
dp dV V
para agua a 20 ºC, K = 2.2 Gpa. (Ver tabla C.2 apéndice “C”).
PRESIÓN DE VAPOR
Cuando la presión arriba de un líquido es igual a la presión de vapor ocurre la ebullición.
Es importante cuando la presión en el flujo tiene una fuerte reducción en algunos lugares del sistema (CAVITACION).
TENSION SUPERFICIAL
Fenómeno que se observa en la interface entre un líquido y un gas, o entre dos líquidos inmiscibles, debido a la atracción molecular debajo de la superficie del líquido.
Insertar figura 1.6
Valores aprox. de propiedades de líquidos comunes
Insertar tabla 1.3