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MECANICA DE FLUIDOS I

INGº. AUGUSTO MASIAS QUISPE

Cusco, Agosto del 2015

1.0 INFORMACION GENERAL

1.1 ASIGNATURA : MECÁNICA DE FLUIDOS I

1.2 CÓDIGO DEL CURSO : 08 – 305

1.3 CARÁCTER DE LA SIGNATURA : OBLIGATORIO

1.4 PRE - REQUISITO : 08 208 - DINÁMICA

1.5 DURACION : 17 Semanas y media

1.6 CRÉDITOS : 04

1.7 CARGA HORARIA : 3 Horas Teoría, y 2 Horas Práctica

1.8 CICLO : QUINTO CICLO

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Normas básicas

No esta permitido el uso de celulares en clase, ni chat, ni Facebook….

Puntualidad y respeto

Lectura previa

Asignaciones obligatorias completas

Mecánica de Fluidos

• La mecánica de fluidos es la disciplina que estudia elcomportamiento de líquidos y gases en reposo (estática) oen movimiento (dinámica).

• La Mecánica de Fluidos estudia los fluidos tanto en movimientocomo en reposo, y sus efectos sobre su contorno (sólido ofluido).

• El campo de aplicaciones de la mecánica de fluidos en ingenieríaes muy amplio: transporte de fluidos en conducciones,aeronáutica ,motores, barcos, etc.

Mecánica de Fluidos

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CivilizacionesAntiguas

Diseño de lanchas ybarcos, desarrollo deabastecimiento de agua.

Sin conocimientomatemático y mecánico.

Civilización Griega eimperio romano.

Primeros escritos deArquímedes. Principiosde la hidrostática y laflotación.

Leonardo da Vinci(inicio de la mecánicaexperimental), GalileoGalilei, Newton, etc.

PeriodoRenacimiento

1 Etapa 2 Etapa 3Etapa 4

Etapa

Siglo XX

Hidrodinámicateórica ehidráulicaexperimental.

Historia de la Mecánica de Fluidos

Resumen histórico de la Mecánica de Fluidos

• La Mecánica de fluidos tiene sus orígenes en la hidráulica, tanto en Mesopotamiacomo en Egipto alrededor del año 400 a.C. proliferaron las obras hidráulicas queaseguraban el regadío. Posteriormente, los imperios griegos, chino y especialmente, elromano se caracterizan por una gran profusión de obras hidráulica.

• A lo largo de la historia, aparecen inventos e investigadores que aportan mejorassustanciales en el campo que hoy se denomina Mecánica de fluidos.

• Al final de siglo XIX comienza la unificación entre hidráulicos e hidrodinámicos. LaMecánica de Fluidos moderna nace con Pascal, que en las primeras décadas del XXelaboró la síntesis entre la hidráulica práctica y la hidrodinámica teórica.

• Cinco matemáticos del siglo XVIII, Bernoulli, Clairaut, D’Alembert, Lagrange y Eulerhabían elaborado con el naciente cálculo diferencial e integral una síntesishidrodinámica perfecta; pero no habían obtenido grandes resultados prácticos. Porotra parte el técnico hidráulico fue desarrollando multitud de formulas empíricas yexperiencias en la resolución de problemas que sus construcciones hidráulicas lepresentaban, sin preocuparse de buscarles base teórica alguna. Excepcionalmente uncientífico, Reynolds, buscó y halló apoyo experimental a sus teorías, y un técnico,Froude, buscó basé física a sus experimentos; pero Prandtl hizo la síntesis de las

Importancia del estudio de la Mecánicade los Fluidos

• La mecánica de fluidos, es el estudio del comportamiento de losfluidos en reposo y en movimiento. La mecánica de fluidos nosproporciona los fundamentos y herramientas necesarios para diseñary evaluar equipos y procesos en campos tecnológicos tan diversoscomo el transporte de fluidos, generación de energía, controlambiental, vehículos de transporte, estructuras hidráulicas

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Streeter y Wylie (1984)

Ingeniería Hidráulica

Golpe de ariete

Medidas de fluidosTurbomáquinas hidráulicas

Ingeniería de Procesos

Dinámica de Gases

Aerodinámica

Ingeniería Marítima

Tuberías

Canales

FLUIDO

Es toda sustancia que se deformacontinuamente ante lapresencia de fuerzas. Comprenden lasfases líquida ygaseosa (o de vapor).

Un fluido se deformará continuamentebajo esfuerzostangenciales, no importando cuanpequeño sean estos;La magnitud del esfuerzo depende de larapidez de la deformación angular

ESTADOS DE LA MATERIA

Las fuerzas que unen a moléculas y átomos entre sí son de origeneléctrico. Dependiendo de la intensidad de estas fuerzas y lascondiciones de presión y temperatura, definen el estado de la materia.

- SÓLIDO

- LÍQUIDO

- GASEOSO

- PLASMA

ESTADOS DELA MATERIA FLUIDO

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ESTADOS DE LA MATERIA

•SÓLIDOS

•En el estado sólido, las fuerzas de interacción intermolecular son importantes, restringiendo la movilidad de lasmoléculas, las que sólo pueden hacerlo vibrando u oscilando en torno a posiciones fijas. Esta oscilación aumentaal aumentar la temperatura.

•LÍQUIDOS

•La fuerza de atracción intermolecular en los líquidos es menor que en los sólidos, por lo que la movilidad de lasmoléculas es mucho mayor, pudiendo cambiar de posición y existiendo colisiones entre ellas. El movimiento delas moléculas en los líquidos es desordenado y al aumentar la temperatura aumenta la movilidad.

•GASES•Las fuerzas intermoleculares son muy pequeñas, por lo que las moléculas pueden moverse prácticamente sin

restricción grandes distancias, de manera desordenada, colisionando entre ellas. La débil atracciónintermolecular permite que los gases puedan expandirse o comprimirse, hasta adaptarse al volumen delrecipiente que los contiene. El número de choques por unidad de tiempo y por unidad de área contra las paredesdel recipiente se asocia a la presión del gas. Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad con que semueven las moléculas, y chocan con mayor frecuencia las paredes del recipiente, aumentando así la presión delgas.

• . PLASMAS• Son gases ionizados, es decir cargados eléctricamente. A altas temperaturas los choques

entre partículas son tan violentos que pueden hacer variar su estructura. Este efecto tambiénpuede lograrse al someter al gas a la acción de luz ultravioleta, rayos X o corriente eléctrica.El gas en un tubo fluorescente encendido es un plasma. El plasma es el estado predominantede la materia en el universo. Debido a las altas temperaturas en el Sol y las estrellas, el gasde que las forma está ionizado, o sea es un plasma.

• EN RESUMEN Todos los líquidos y todos los gases son fluidos. Los fluidos son unsubconjunto de los estados o fases de la materia e incluyen los líquidos, gases, plasma y, dealguna manera, los sólidos plásticos.

Los líquidos fluyen bajo la acción de la gravedad hasta que ocupan la parte más baja de susrecipientes (tienen un volumen definido, pero no una forma definida).

Los gases se expanden hasta que llenan el recipiente (no tienen ni forma ni volumen definidos)Los líquidos forman una superficie libre (esto es una superficie que no es creada por el

recipiente, mientras que los gases no.

ESTADOS DE LA MATERIA

Unidades Básicas.

• Masa: La masa, en física, es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia deun cuerpo. Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es unafuerza.

• Longitud: es la magnitud que expresa la distancia entre dos puntos.• Tiempo: es la magnitud física que mide la duración o separación de

acontecimientos sujetos a cambio. Es la magnitud que permite ordenar lossucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un presente y un futuro.

• Temperatura: es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío.Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor.Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de unsistema termodinámico.

• Se puede adicionar también la fuerza como una unidad para cantidades básicas:• Fuerza: es todo agente capaz de modificar la velocidad o la forma de los objetos.

No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o energía.

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Sistemas de referencias.

• En cualquier trabajo técnico deben definirse las unidades en que semiden loas propiedades físicas. Un sistema de unidades especifica lasunidades de las cantidades fundamentales de longitud, tiempo,fuerza y masa. Las unidades de otros términos de derivan de estas.

• Sistema Internacional de Unidades: Las unidades de este sistema paralas cantidades básicas son las siguientes:

• longitud = metro (m)• tiempo = segundo (s)• masa = Kilogramo (Kg)• fuerza = Newton (N) o Kg.m/s2

• Sistema Ingles Las unidades de este sistema para las cantidadesbásicas son las siguientes:

• longitud = pie (pie o ft)• tiempo = segundo (s)• fuerza = libra (lb)• masa = slug o lb-s2 /pie

Sistemas de referencias.

• Sistema Cegesimal (CGS) de unidades: Es un sistema de unidadesbasado en el centímetro, el gramo y el segundo. Su nombre es elacrónimo de estas tres unidades. Las unidades de este sistema paralas cantidades básicas son las siguientes:

• longitud = centímetro (m)• tiempo = segundo (s)• masa = gramo (g)• fuerza = Dina (dyn) g.cm/s2

Sistemas de referencias.

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• Sistema MKS: es un sistema de unidades que expresa las medidasutilizando como unidades fundamentales metro, kilogramo y segundo(MKS). Históricamente, el sistema MKS de unidades sentó las basespara el Sistema Internacional de Unidades, que ahora sirve comoestándar internacional.

Sistemas de referencias.

Magnitudes Definición Dimensiones

MASACGS SI o MKS

FUERZAMkgfS Ingles

LongitudTiempoMasaFuerza

---F = ma

LTMMLT

1cm 1m1 seg 1seg1g 1kg1 dina=10-5N 1N

1 m 1 ft1 seg 1 sec1 utm 1 slug1kgf=9,81lbf=4,448N

EnergiaTrabajoCalor

W=F dr ML2T-2 1 erg 1Joule1 cal

1 kgfxm 1 ft-lbf1 cal

PotenciaViscosidadPresionTemperatura

P=dW/dt8µ=ŋ(dv/dt)-1p = dF/dA-

ML2T-3ML-1T-1ML-1t-2Þ

1 erg/seg 1Watt1poise 1kg/m.s1baria 1Pa=1N/m21 kelvin 1 kelvin

1kgf.m/s 1lbf.ft/sec1kgf.s/m21lbf.sec/ft21 kgf/m2 1lbf/ft21 kelvine 1°Rankine

Sistemas de referencias.

REPASO DE MECÁNICA

• SEGUNDA LEY DE NEWTONF = ma

La resultante de las fuerzas actuando sobre un cuerpo es igual a lavariación de momentum.La variación de momentum de un cuerpo es igual a la masa delcuerpo multiplicado por su aceleración.

F es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo