capitulo 1 - fluidos i
Post on 17-Feb-2016
234 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Capítulo 1. Propiedades de los Fluidos
Basado en: Mecánica de Fluidos. Víctor L. Streeter. 9na. Edición.Elaborado por: Ing° Caleb Ríos Vargas – Docente UCP
Capítulo 1: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Definición de Fluido: Sustancia que se deforma constantemente
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).
Figura 1.1. Deformación resultante de la aplicación de una fuerza cortante resultante
AFcortanteesfuerzo _
Fuerza que causa que la velocidad U sea uniformeÁrea de la placa superior
El fluido se deforma de abdc a la nueva posición ab’c’d
tAUF
tU
AF
tU Es la rapidez de
deformación angular
dydu En forma más general LEY DE VISCOSIDAD DE NEWTON
El factor de proporcionalidad se denomina viscosidad del fluido.Los fluidos se clasifican en Newtonianos y no Newtonianos
Insertar figura 1.2
Figura 1.2 Diagrama reológico
UNIDADESSistema de unidades es congruente (o consistente) cuando una unidad de fuerza causa que una unidad de masa sufra una unidad de aceleración.Tabla 1.1 Sistemas comunes de unidades y valores de g₀.
Sistema SI 2111segmKgN
Insertar tabla 1.1
Sistema USC 2111segftsluglb
Unidad Derivada Unidad Derivada
20
174.3211segft
glblb m
Sistema USC necesita apoyarse en una cte. de proporcionalidad escribiendo la 2ª ley de Newton de la forma
agmF
0
En condiciones de gravedad estándar en el vacío:
20 174.32seglbftlbg m
Por lo tanto la gravedad específica g0 vale en USC: en EEUU, en China o en la Luna
gMW El peso W de un cuerpo se determina por el producto de la masa M por la aceleración local de la gravedad g.
NOTA: En la contratapa del libro se dan las conversiones en distintos sistemas para varias unidades.
Insertar tabla 1.2
Tabla 1.2 Principales prefijos para potencias de 10 en unidades SI.
Las unidades para el sistema SI, se escriben con minúscula (m, h, s) y con mayúscula cuando es nombre propio (N, Pa, W), a excepción del litro (L).
VISCOSIDAD:
Es la propiedad más 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 agua y el aire tienen viscosidades muy pequeñas.
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 es cero y no existe esfuerzo cortante (estática de los fluidos Cap. 2).
Las dimensiones de la viscosidad:
Por la 2ª ley de Newton:
entonces la viscosidad también se puede expresar:
][:][:
][:: 1
2
LdyLTdu
FL
dydu
][: 2TFL
][: 2MLTF
][: 11 TML
VISCOSIDAD:
UNIDADES para la viscosidad Absoluta o Dinámica Para el sistema SI
(1 E-3 Ns/m2)
Para el sistema USC
Para el sistema CGS Poise (P)
smKg
msN
2:
sft
slugftslb
2:
scmgr
cmsdina
2:
VISCOSIDAD:
Viscosidad Cinemática:
][:][:: 3
11
MLTML
2 1: [ ]L T
Para el sistema SI(1 E-6 m2/s)
Para el sistema USC
Para sistema CGS Stoke (St)
sm2
:
sft 2
:
s
cm2
:
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 continuamente en todo el fluido o que son constantes.
DENSIDADse define como la masa por unidad de volumen
para agua a presión estándar (760 mmHg) y a 4 ºC,
o bien
VOLUMEN ESPECÍFICO
es el recíproco de la densidad, es decir, el volumen ocupado por la unidad de masa.
PESO ESPECÍFICO
es el peso por unidad de volumendepende de la aceleración de la gravedad
][: 3ML3/94.1 ftslugs
3/1000 mKg
1sv
g
DENSIDAD RELATIVARelación entre el peso de una sustancia y elpeso de un volumen equivalente de agua encondiciones estándar.
PRESIÓNEs la fuerza normal que empuja contra unárea plana dividida por el área.
Dentro de un recipiente, el fluido ejerce también enuna presión contra las paredes, y el orecipiente ejerce una reacción que serácompresiva para el fluido. En estática de fluidos
aguaagua
S
][: 2 PamN
áreafuerzap
][ psf ][ psi
hp
GAS PERFECTOLas relaciones termodinámicas y los flujos de fluidos compresibles se limitan al los gases prefectos (o ideales), los cuales satisfacen la siguiente ley:
fluido ideal: carece de fricción y es incompresible.gas perfecto: tiene viscosidad (desarrolla esfuerzos de corte) y es
compresible.
La ecuación se puede escribir
y R tiene unidades de
TRvp s
RTp
KKgNm
KKgm
mNR
º1:
3
2
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.
M: peso molecular
ver tabla C.3 del apéndice “C”
KmolKg
NmMR 8312
KKgNm
MR 8312
Calor específico cv: es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando V es cte.
Calor específico cp: 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
R se relaciona con cv y cp mediante la forma
v
pc
ck
Rcc vp
MODULO ELÁSTICO A LA COMPRESIÓNEs importante cuando existen cambios repentinos o grandes en la presión (GOLPE DE ARIETE). Un aumento de presión dp causará una disminución del volumen -dV.
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).
VdVdpK
TENSIÓN SUPERFICIALFenómeno 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. Tener en cuenta la adhesión y cohesión.
Insertar figura 1.6
Tabla 1.3 Propiedades aproximadas de líquidos comunes a 20°C y presión atmosférica.
Insertar tabla 1.3
top related