DEFINICION DE MECANICA DE FLUIDOS

La Mecnica , es la ciencia que estudia los cuerpos bajo la accin de fuerzas, tanto en estado e s t a c i o n a r i o y e n movimiento . La rama que estudia los cuerpos en movimiento es la Dinmica y la que estudia los cuerpos en reposo es la Esttica.

La Mecnica de Fluidos viene siendo la ciencia q u e e s t u d i a e l comportamiento de los f l u i d o s e n r e p o s o (Esttica de Fluidos) o en movimiento (Dinmica d e F l u i d o s ) , y l a interaccin de los fluidos con slidos o entre si mismos

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DEFINICION DE FLUIDO

Fluido es toda sustancia no slida que tiene la capacidad de fluir, por tanto sus molculas pueden deslizar , Unas respecto a otras sin dificultad .

Fluido es toda sustancia material continua y deformable que en reposo slo admite tensiones normales

Fig. 1. Deformacin de una goma localizada Entre dos placas paralelas bajo la influencia De un esfuerzo cortante. (Mecnica de Fluidos, Cengel)

Fig. 2. Comportamiento del fluido localizado En dos placas paralelas (Fundamentos de mecanica De fluidos, Munson 4ed)

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FLUIDO IDEAL

Medio continuo deformable que en equilibrio o reposo s o l o p u e d e s o p o r t a r tensiones o esfuerzos normales sobre cualquier superf ic ie imaginaria trazada en su interior. E s t a s t e n s i o n e s s o n debidas a las fuerzas internas de PRESIN

Fig. 3. Esfuerzo normal y esfuerzo contante En la superficie de un elemento de fluido. Para Fluidos en reposo el esfuerzo cortante es cero y La presin es solamente el esfuerzo normal. (Mecnica de Fluidos, Cengel)

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FLUIDO REAL

viscoso y/o compresible. Un fluido es viscoso cuando e x i s t e n f u e r z a s d e rozamiento interno entre sus capas, que se pone de m a n i f i e s t o c u a n d o intentamos desplazar unas capas respecto a otras (agitndolo, por ejemplo)

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o Gases: 1. No tienen forma ni volumen propio 2. Se expansionan indefinidamente. 3. La distancia media entre dos molculas es grande comparada con el tamao de una molcula. 1. Las molculas tienen poca influencia entre s exceptodurante sus

colisiones, frecuentes pero breves 2. Gas perfecto: Cumple la ecuacin de Clapeyron pV=nRT

o Lquidos: 1. No tienen forma propia pero si volumen. 2. Fluyen bajo la gravedad hasta ocupar las partes ms bajas

posibles del recinto que los contiene. 3. Las molculas estn muy unidas y ejercen fuerzas entre s. 4. Sus molculas forman transitoriamente enlaces que se rompen

continuamente y despus vuelven a formarse. 5. Estos enlaces mantienen unido el lquido, si no existieran las molculas escaparan en forma de vapor.

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Fig. 4. Arreglo de tomos en diferentes fases: a) en un solido las molculas estn en posiciones fijas, b)Grupos de molculas se mueven unas contra otras en un liquido, c) las molculas se mueven al azar En la fase gas. (Mecnica de Fluidos, Cengel)

Fig. 5. a diferencia de un liquido un gas no forma una superficie libre y este se expande para ocupar completamente el espacio disponible . (Mecnica de Fluidos, Cengel) 17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio

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STRESS FIELD

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

L a d e n s i d a d d e u n a sustancia se define como el cociente de su masa entre el volumen que ocupa.

La unidad de medida en el S.I. de Unidades es kg/m3, tambin se utiliza f r e c u e n t e m e n t e l a unidad g/cm3

Sustancia Densidad (kg/m3)

Aire 1,20

Helio 0,18

Hidrgeno 0,09

Agua dulce 1 000

Hielo 917

Agua salada 1 030

Alcohol 806

Madera 373

Aluminio 2 700

Cobre 8 920

Hierro, Acero 7 800

Plomo 11 300

Oro 19 300

Mercurio 13 600

Tabla 1. Densidades de algunas sustancias comunes

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Densidad

2 kg, 4000 cm3

Madera

177 cm3 45.2 kg

Plomo: 11,300 kg/m3

Madera: 500 kg/m3

4000 cm3

Plomo

Mismo volumen

2 kg Plomo

Misma masa

Vm

volumenmasaDensidad =====

ftslug

mkg

LM 333

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PESO ESPECIFICO () La densidad est relacionada

con el grado de acumulacin de materia (un cuerpo compacto es, por lo general, ms denso que otro ms disperso), pero tambin lo est con el peso. As, un cuerpo pequeo que es mucho ms pesado que otro ms grande es tambin mucho ms denso. Esto es debido a la relacin P = m g existente entre masa y peso. No obstante, para referirse al peso por unidad de volumen la fsica ha introducido el concepto de peso especfico pe que se define como el cociente entre el peso P de un cuerpo y su volumen

El peso especfico representa la fuerza con que la Tierra atrae a un volumen unidad de la misma sustancia considerada.

La relacin entre peso especfico y densidad es la misma que la existente entre peso y masa. En efecto:

siendo g la aceleracin de la gravedad.

La unidad del peso especfico en el SI es el N/m3.

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Peso Especifico

333. Ftlb

mN

LFg

Vmg f=====

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DENSIDAD RELAVITA O GRAVEDAD ESPECIFICA

La densidad relativa de una sustancia es el cociente entre su densidad y la de otra sustancia diferente que se toma como referencia o patrn:

Para sustancias lquidas se suele tomar como sustancia patrn el agua cuya densidad a 4 C es igual a 1000 kg/m3.

Para gases la sustancia de referencia la constituye con frecuencia el aire que a 0 C de temperatura y 1 atm de presin tiene una densidad de 1,293 kg/m3. Como toda magnitud relativa, que se obtiene como cociente entre dos magnitudes iguales, la densidad relativa carece de unidades fsicas.

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Gravedad especfica

Acero (7800 kg/m3) r = 7.80

Latn (8700 kg/m3) r = 8.70

Madera (500 kg/m3) r = 0.500

Ejemplos:

!" = %&'&(%2+= ,&'&(,2+

= -./0123 4510.2&13246

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VISCOSIDAD.. En general la viscosidad es una propiedad de los fluidos que se refiere al g r a d o d e f r i c c i n interna.

Se asoc ia con la r e s i s t e n c i a q u e presentan dos capas adyacentes movindose dentro del fluido.

Debido a la viscosidad parte de la energa cintica del fluido se convierte en energa interna.

http://ingenieria-de-petroleo.blogspot.com/2009/03

2

222

.1.0.1.01

..

msegNsegPaPoise

ftseglb

msegN

LtM

LFt f

==

====

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La viscosidad cinemtica es el cociente entre la viscosidad dinmica y la densidad

segFt

segm

tL 222

====

stokesegcm 1

2

=

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VOLUMEN ESPECFICO.. H a c e r e f e r e n c i a a l

volumen que ocupa un fluido por unidad de peso.

En el caso de los gases, est afectado de manera i m p o r t a n t e p o r l a t e m p e r a t u r a y l a presin.

V=V/n Gases, vapores V=V/m Lquidos, slidos V=1/

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TENSIN SUPERFICIAL..

S e d e b e a q u e l a s molculas del lquido, e j e r c e n f u e r z a s d e a t r a c c i n e n t r e s i mismas.

En el caso del agua, esta propiedad dificulta su paso por aber turas pequeas. http://www.citt.ufl.edu/team/sepulveda/images/diagramas/fuerzas_en_el_seno.gif

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CAPILARIDAD..

E s t a p r o p i e d a d l e permite a un fluido, avanzar a travs de un canal delgado, siempre y cuando, las paredes de este canal estn lo suficientemente cerca.

http://www.citt.ufl.edu/team/sepulveda/images/diagramas/fuerzas_en_el_seno.gif

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r h

Donde: - Tension superficial, N/m - Peso especifico del liquido, N/m3 r radio, m h altura del capilar, m

C

0 0.0756

10 0.0742

20 0.0728

30 0.0712

40 0.0696

60 0.0662