MECNICA DE LOS FLUIDOS UNIDAD ACADMICA DE TERMOFLUIDODINMICA DEPARTAMENTO DE ENERGA ESCUELA DE INGENIERA MECNICA UNIVERSIDAD DEL ZULIA.

1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Problemas 1.1 El diagrama reolgico de un fluido, Esfuerzo Cortante [ N/m2] vs Tasa de Deformacin Angular [s-1], es una lnea recta a 30 que pasa por el origen. Es newtoniano el fluido? Por qu? Si la respuesta es afirmativa, cunto es la viscosidad del mismo? 1.2 Los datos de un fluido son los siguientes:

[Pa] du/dy [1/s]

0 0

0.479 50

1.005 100

1.389 150

1.963 200

El fluido es newtoniano? Si es as encuentre la viscosidad . [Prob. 1.32, Gerhart et al (1995)] 1.3 Una banda de 60 cm de ancho se mueve como se muestra.

Calcule los caballos de potencia requeridos suponiendo un perfil de velocidad lineal en el agua a 10 C. [Prob. 1.37, Potter et al (2002)]

1.4 Una aproximacin al perfil de velocidad en una capa limite es la frmula ( ) ( )

donde U es la velocidad de la corriente lejos de la pared y es el espesor de la capa lmite.

Si el fluido es helio a 20 C y 1 atm, y si U = 10.8 m/s y = 3 cm, use la frmula para (a) estimar el esfuerzo cortante en la pared w en Pa, y (b) hallar la posicin en la capa lmite donde es la mitad de w. [Prob. 1.51, White (2008)] 1.5 Un bloque de peso W se desliza a lo largo de una mesa por la accin de otro peso W0. Halle una frmula algebraica para la velocidad permanente U del bloque si desliza sobre una pelcula de aceite de espesor h y viscosidad . El rea A del fondo del bloque est en contacto con el aceite. Desprecie el peso de la cuerda y la friccin en la polea. Suponga un perfil lineal de velocidad en la pelcula de aceite.

[Prob. 1.55, White (2008)]

1.6 El sistema de embrague que se muestra se usa para transmitir un par de torsin mediante una pelcula de aceite (SAE 30W oil) con = .38 N /m2 que est entre dos discos idnticos de 30 cm de dimetro. Cuando la flecha impulsora (Driving shaft) gira a una velocidad de 1450 rpm, se observa que la flecha impulsada (Driven shaft) gira a 1398 rpm.

Suponiendo un perfil lineal de velocidad para la pelcula de aceite, determine el par de torsin transmitido. [Prob. 2.47, engel y Cimbala (2006)] 1.7 Debido a una falla el eje impulsado en el Prob. 1.6 se detiene completamente, pero la magnitud del torque aplicado al eje impulsor se mantiene invariable. Calcule la nueva velocidad de giro estable del eje impulsor. Cambiar la temperatura del aceite? Explique. 1.8 El disco flotante se encuentra entre dos discos que giran con la velocidad angular sealada en el diagrama. La viscosidad del fluido en ambos lados del disco flotante es la misma. Cul ser la velocidad angular constante del disco flotante?

1.9 Un cono slido de ngulo , radio de la base (Base radius) r0 y densidad C, est girando con una velocidad angular 0 en un asiento cnico. La holgura h est llena de aceite (Oil) con viscosidad .

Despreciando la resistencia del aire, obtenga una expresin para la velocidad angular del cono (t) si no se aplica ningn par motor. [Prob. 1.53, White (2008)] 1.10 Si tiene varios fluidos a determinadas condiciones, cul (es) propiedad (es) fsica (s) considerara Ud. para determinar el fluido mas incompresible? Explique. 1.11 Se comprime en forma isotrmica agua a la presin de 1 atm hasta una presin de 800 atm. Determine el incremento en la densidad del agua. Tome el mdulo de compresibilidad isotrmica del agua como 2.11 x 109 Pa. [Prob. 2.32, engel y Cimbala (2006)] 1.12 Se introduce parcialmente un tubo delgado de vidrio en una cubeta, abierta a la atmsfera, conteniendo un lquido. Existe alguna relacin entre la concavidad del menisco y la elevacin del lquido en el tubo? Explique. 1.13 Se introduce un tubo de dimetro de 1.9 mm en un lquido desconocido cuya densidad es de 960 kg/m3 y se observa que el lquido asciende 5 mm en el tubo y forma un ngulo de contacto de 15 . Determine la tensin superficial del lquido.

[Prob. 2.61, engel y Cimbala (2006)] 1.14 Qu propiedad (es) fsica (s) de los fluidos examinara Ud. si desea estudiar la cada de presin en un flujo desarrollado e incompresible en un conducto de rea constante? Explique.

Bibliografa: engel Y A y Cimbala J M (2006), Mecnica de Fluidos. Fundamentos y Aplicaciones, McGraw-Hill. Gerhart P, Gross R y Hochstein J (1995), Fundamentos de Mecnica de Fluidos, Addison-Wesley Iberoamericana. Potter M C, Wiggert D C, Hondzo M and Shih T I (2002), Mecnica de Fluidos, 3e, Thomson. White F M (2008), Mecnica de Fluidos, 6e, McGraw-Hill.

FORMULARIO DE MECNICA DE LOS FLUIDOSPROPIEDADES Ley de la Viscosidad de Newton: = Mdulo Volumtrico de Elasticidad: = CONSERVACIN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO Ecuacin Bsica de la Hidrosttica: ( )= ( ) Fuerza sobre una Superficie Plana Sumergida = = =

J. Damia/Marzo 2012.