clase fluid os

MECNICA DE FLUIDOS

Contenido Programtico

TEMA 1: INTRODUCCIN

TEMA 2: PROPIEDADES DE FLUIDOS

TEMA 3: ESTTICA DE LOS FLUIDOS

TEMA 4: CINMATICA DE LOS FLUIDOS

TEMA 5: DINMICA DE LOS FLUIDOS

TEMA 1: Introduccion

Contenido Programtico

TEMA 1: INTRODUCCIN

TEMA 2: PROPIEDADES DE FLUIDOSTEMA 2: PROPIEDADES DE FLUIDOSTEMA 2: PROPIEDADES DE FLUIDOS

TEMA 3: ESTTEMA 3: ESTTEMA 3: ESTTICA DE LOS FLUIDOSTICA DE LOS FLUIDOSTICA DE LOS FLUIDOS

TEMA 4: CINTEMA 4: CINTEMA 4: CINMATICA DE LOS FLUIDOSMATICA DE LOS FLUIDOSMATICA DE LOS FLUIDOS

TEMA 5: DINTEMA 5: DINTEMA 5: DINMICA DE LOS FLUIDOSMICA DE LOS FLUIDOSMICA DE LOS FLUIDOS

TEMA 1: INTRODUCCIN

1.1 Concepto de Mecnica de Fluidos

1.2 Concepto de Fluido

1.3 Dimensiones y Sistema de Unidades

1.3 Diagrama Reolgico

1.1 Concepto de Mecnica de Fluidos

La Mecnica de los Fluidos es la cienciaque estudia el comportamiento de losfluidos en reposo o en movimiento y lainteraccin de estos con slidos o conotros fluidos en las fronteras.


Un fluido se define como una sustanciaque se deforma de manera continuacuando acta sobre ella un esfuerzocortante de cualquier magnitud.Una sustancia en la fase liquida o en lagaseosa se conoce como fluido.El agua, aceite y aire fluyen cuandosobre ellos acta un esfuerzo cortante.


En la Figura 1 se ha colocadouna sustancia entre dos placasparalelas muy cercanas, tangrandes que las condiciones ensus bordes pueden serdespreciadas. La placa inferiorse fija y se aplica una fuerza F ala placa superior, la cual ejerceun esfuerzo cortante (=F/A)sobre cualquier sustancia quese encuentre entre las placas,siendo A el rea de la placasuperior.Figura 1

Fuente: Streeter, V.


Si la fuerza F hace que la placa superior semueva con una velocidad permanente(diferente de cero) sin importar que tanpequea sea la magnitud F, la sustancia entrelas dos placas es un fluido.El fluido en contacto inmediato con unafrontera slida tiene la misma velocidad que lafrontera; es decir , no existe deslizamiento enla frontera. Esta es una observacinexperimental que ha sido verificada.

yta

b b

d

c cU

u

y

F

Figura 2. Deformacin resultante de la aplicacinde una fuerza cortante constante

Los experimentos muestran que, siendoconstantes otras cantidades, F esdirectamente proporcional a A y a U einversamente proporcional al espesor t.

(ec. 1)

donde es el factor de proporcionalidad eincluye el efecto del fluido en particular.

tAUF

Si para el esfuerzo cortante,AF

tU

La relacin U/t es la velocidad angular de la lnea ab, o es la rapidez dedeformacin angular del fluido, es decir, la rapidez de decremento delngulo bad. La velocidad angular tambin se puede escribir du/dy, ya quetanto U/t como du/dy expresan el cambio de velocidad dividido por ladistancia sobre la cual ocurre. Sin embargo, du/dy es mas general, ya quees vlida para situaciones en las que la velocidad angular y el esfuerzocortante cambian con y. (du/dy: rapidez con la que una capa se muevecon relacin con una capa adyacente).

(ec. 2)

En forma diferencial, la ecuacin

(ec. 3)

es la relacin entre el esfuerzo cortante y la rapidez dedeformacin angular para el flujo unidimensional de un fluido.El factor de proporcionalidadEl factor de proporcionalidad se denomina viscosidad delse denomina viscosidad delfluidofluido, y la ecuacin 3 es la ley de viscosidad de Newton

dydu

1.3 Dimensiones y Unidades

Todo problema relacionado con el movimiento de losfluidos puede ser definido en trminos de:

longitud (L), tiempo (T) y fuerza (F), o longitud, tiempo y masa (M).

La equivalencia entre ambos sistemas vieneestablecida por la ecuacin de Newton.

Se dice que un sistema de unidades mecnicas esconsistente cuando una fuerza unitaria hace que unamasa unitaria experimente una aceleracin unitaria.

Dimensiones y Unidades

En Venezuela es comn utilizar en ingeniera el SistemaTcnico (ST):

Fuerza kilogramo (kg, kilogramo-fuerza, kgf)Longitud metro (m)Tiempo segundo (seg)Masa kg-seg2/mTemperatura C


Sistema Internacional (SI):

Longitud metro (m)Tiempo segundo (seg)Masa kg* (kilogramo-masa)Fuerza kg*m/seg2, denominado Newton (N)Temperatura K (en la prctica se usa C)


1 N es la fuerza requerida para acelerar 1 kg* demasa a 1m/seg2.

Puesto que la relacin entre peso (Pe) y masa (M)viene dada por la ec. de Newton:

Pe = M g

resulta que un Newton (1N) es equivalente a un kg-fuerza dividido por la aceleracin de gravedad (g), osea, 1 N es aproximadamente igual a 0,109 kg defuerza o 1 kg de fuerza es 9,807 N

Sistemas de unidades y valores degravedad g

1 slug pie/lb s2RlbspieslugUSCSistema deunidadesinglesas (SIN)

1 kg m/N s2KNsmKgSI(SistemaInternacional)

K

K

R

Temperatura

kgf

Dina

lb

Fuerza

9,806 kg m/kgf s2

smkgMtrico, mks

1 g cm/dina s2scmgMtrico , cgs

32,174 lbm pie/lb s2

spielbmUS.Inconsistente

goTiempo

Longitud

Masa

Sistema

grados Kelvin (K), grados Rankine (R)Fuente: Streeter, V. Wylie, B. Bedford, K. (2000). Mecnica de los Fluidos.


Los fluidos se clasifican en: newtonianos (p. ej. gases o lquidos mas comunes) y no newtonianos (p. ej. hidrocarburos espesos y de

cadenas largas).

En un fluido newtoniano existe una relacin lineal entre lamagnitud del esfuerzo cortante aplicado y la tasa de deformacinresultante, tal como se muestra en la Figura 2.

En un fluido no newtoniano existe una relacin no lineal entre lamagnitud del esfuerzo cortante aplicado y la tasa de deformacinangular (ver figura 2).

Fuente: Streeter, V. Wylie, B. Bedford, K. (2000). Mecnica de los Fluidos.


Figura 2. Diagrama Reolgico

Esfuerzo Cortante

du/d

y

Superfic

ie tixotr

picaPl

stico

ideal

Fluido

Newt

onian

o

Fluido

noNe

wton

iano

Flui

doid

eal

Tasa

dede

form

aci

n

Esfuerzo de fluencia

Los gases y los lquidos mas comunes tiendena ser fluidos newtonianos, mientras que loshidrocarburos espesos y de cadenas largaspueden ser no newtonianos.

Si se considera un fluido no viscoso (porconsecuencia el esfuerzo cortante es cero) eincompresible, entonces ste se conoce comoun fluido ideal y se representa grficamentecomo la ordenada de la figura 2.

Un plstico ideal tiene un esfuerzo de fluenciadefinido y una relacin lineal constante de adu/dy.

Una sustancia tixotrpica (tinta de impresora),tiene una viscosidad que depende de ladeformacin angular inmediatamente anteriora la sustancia y tiene una tendencia asolidificarse cuando se encuentra en reposo.

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