DEFINICION DE MECANICA DE FLUIDOS - fim.umich.mx · PDF file(Mecánica de Fluidos,...
Transcript of DEFINICION DE MECANICA DE FLUIDOS - fim.umich.mx · PDF file(Mecánica de Fluidos,...
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
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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)
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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)
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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)
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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.
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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
17/08/12
Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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.
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
Peso Especifico
333. Ftlb
mN
LFg
Vmg f=====
17/08/12
Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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.
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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
17/08/12
Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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
==
====
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
===== 222..ftseglb
msegN
LtM
LFt f
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
La viscosidad cinemtica es el cociente entre la viscosidad dinmica y la densidad
segFt
segm
tL 222
====
stokesegcm 1
2
=
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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/
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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
17/08/12 Mecanica de Fluidos, Dr. Gildardo Solorio
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