Introducción a Mecánica de fluidos

1.225 visualizações

Publicada em

En esta presentación el lector podrá encontrar una breve descripción de: fluido, flujo y propiedades tales como: viscocidad, capilaridad, dencidad, fluidos newtonianos y no newtonianos, tensión superficial,estática y dinámica de los fluidos y algunos ejercicios sencillos para el reconocimiento de las propiedades

Publicada em: Engenharia
0 comentários
4 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
1.225
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
2
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
36
Comentários
0
Gostaram
4
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Introducción a Mecánica de fluidos

  1. 1. INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE LOSINTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE LOS FLUIDOSFLUIDOS Ing. M.Sc. Edisson Paguatian
  2. 2. FLUIDOS INTRODUCCIÓN •Un fluido se define como una sustancia que fluye y adquiere la forma del recipiente que lo contiene, esto es una sustancia que se deforma continuamente bajo un esfuerzo de corte, por pequeño que este sea. •La distinción entre sólidos y fluidos no es completamente obvia. •Los fluidos presentan las siguientes características: •No resisten esfuerzos de corte, o solamente aquellos que son pequeños o solo durante un tiempo (presentan viscosidad), Tienen la capacidad de fluir (también descrita como la capacidad de adoptar la forma del recipiente que los contiene) •Estas propiedades son función de su incapacidad de soportar un esfuerzo de corte en equilibrio estático.
  3. 3. •Todos los líquidos y todos los gases son fluidos. Los fluidos son un subconjunto de los estados o fases de la materia e incluyen los líquidos, gases, plasma y de alguna manera, los sólidos plásticos. •Los líquidos fluyen bajo la acción de la gravedad hasta que ocupan la parte más baja de sus recipientes (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.
  4. 4. FLUJO DE FLUIDOS. VISCOSIDAD LA VISCOSIDAD es una muy importante propiedad en el flujo de fluidos. La viscosidad es aquella propiedad de un fluido por la cual ofrece resistencia al esfuerzo de corte. Se define como el cociente entre el esfuerzo de corte y la velocidad de deformación angular del fluido. Cuando un fluido fluye, el fluido en contacto inmediato con una frontera solida tiene la misma velocidad que la frontera.
  5. 5. TIPOS DE FLUIDOS ATENDIENDO A CÓMO FLUYEN La VISCOSIDAD es una propiedad en el flujo de fluidos. La viscosidad es aquella propiedad de un fluido por la cual ofrece resistencia al esfuerzo de corte. Se define como el cociente entre el esfuerzo de corte y la velocidad de deformación angular del fluido. En la figura sería la pendiente de la curva que representa cada fluido Cuando un fluido fluye, el fluido en contacto inmediato con una frontera solida tiene la misma velocidad que la frontera. Solido
  6. 6. FLUIDOS. FENÓMENOS EN LA INTERFASE TENSIÓN SUPERFICIAL Fuerzas de cohesión tensión superficial de un líquido es la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área Tensión superficial es la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Es algo similar a si existiera una membrana elástica en esa superficie.
  7. 7. FLUIDOS. TENSIÓN SUPERFICIAL CAPILARIDAD: Fuerzas de cohesión y adhesión TENSOACTIVOS: sustancias que disminuyen la tensión superficial de un líquido o la acción entre dos líquidos
  8. 8. • Densidad. Una importante propiedad de una sustancia es el ratio de su masa y su volumen, el cual se denomina densidad Unidades SI : kg/m3 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS. DENSIDAD La densidad del agua a 4ºC es 1000 kg/m3 [1 kg/l] [1 g/cm3] Densidad. V m dV dm V     0lim  El concepto riguroso de densidad se refiere a un punto del espacio El concepto de densidad debe tener en cuenta la temperatura a la que se mide, pues la densidad de muchos materiales depende de la temperatura En el caso de sólidos y líquidos, la densidad cambia ligeramente con el incremento de presión. En el caso de un gas, la densidad depende fuertemente de la presión y temperatura. Volumen específico es la inversa de la densidad Peso específico dV gdm g   dm dV   1
  9. 9. • Densidad. FLUIDOS. Densidad La densidad del agua a 4ºC es 1000 kg/m3 [1 kg/l] [1 g/cm3] La densidad del aire a 15ºC y 1 atm de presión es 1.225 kg/m3 dV dm  Temp (°C) Densidad AGUA (g/cm3) 30 0.9957 20 0.9982 10 0.9997 4 1.0000 0 0.9998 −10 0.9982 −20 0.9935 −30 0.9839 T ºC Aire ρ kg/m3 -25 1.423 -20 1.395 -15 1.368 -10 1.342 -5 1.316 0 1.293 5 1.269 10 1.247 15 1.225 20 1.204 25 1.184 30 1.164 35 1.146 Material Densidad (g/cm3) Liquidos Agua at 4 C 1.00 Agua a 20 C 0.998 Gasolina 0.70 Mercurio 13.6 Leche 1.03 Solidos Magnesio 1.7 Aluminio 2.7 Cobre 8.3-9.0 Oro 19.3 Hierro 7.8 Plomo 11.3 Platino 21.4 Uranio 18.7 Osmio 22.5 Hielo a 0 C 0.92 Gases Material Densidad (g/cm3) Aire 0.001293 Carbon dioxido 0.001977 Carbon monoxido 0.00125 Hydrogeno 0.00009 Helio 0.000178 Nitrogeno 0.00125
  10. 10. FLUIDOS. Propiedades físicas
  11. 11. La densidad de un gas como el aire seco se puede estimar mediante la ecuación de estado de gas ideal donde: ρ densidad (kg/m3) p presión (Pa) R: constante universal de los gases 8,31447 J/(mol.K)= 0.08205746 atm.l/(mol.K) M: masa molecular del aire seco 28.966 x 10-3 kg/mol; (R/M)aire seco 287.04 J/(kg. K) T temperatura absoluta (T = tªC + 273.15) Para estimar la densidad del aire húmedo se requiere conocer la proporción de mezcla del aire seco y vapor de agua. El aire seco es ligeramente mas denso que el aire húmedo a la misma presión y temperatura. Ejercicio: dar una explicación de este hecho FLUIDOS. Propiedades físicas DENSIDAD Aire Aire seco y Aire húmedo p R T M        
  12. 12. • Presión (en un fluido) PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS: PRESIÓN Cuando un cuerpo se sumerge en un fluido,el fluido ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo en casa punto de la superficie. Es una fuerza distribuida. Presión es el ratio entre la Fuerza normal, FN y el área elemental, A, sobre la que se aplica. A F P N  SI : Pascal [Pa] es la presión ejercida por la fuerza de un Newton uniformemente distribuída sobre un área de un metro cuadrado Otra usual unidad de presión es la atmósfera (atm), que es aproximadamente la presión del aire al nivel del mar. 1 atm = 101325 Pa=101,325 kPa Interpretación microscópica de la presión en los fluidos
  13. 13. • Comportamiento de líquidos y gases ante un incremento de presión. Módulo volumétrico y modulo de compresibilidad FLUIDOS. Presión Líquidos y sólidos son relativamente incompresibles: presentan grandes valores de B. En otras palabras la densidad de líquidos y sólidos es prácticamente constante con los cambios de presión. Los Gases se comprimen fácilmente . La densidad de los gases depende fuertemente de los cambios de preseión, además de depender de los cambios en temperatura. V V P     Módulo elástico volumétrico, B: Ratio entre el incremento de presión y el cambio relativo en volumenMódulo de compresibilidad: La inversa del módulo volumétrico (1/B)
  14. 14. • Ecuación fundamental de la estática de fluidos Cambio de la presión con la altura en un fluido en equilibrio estático en un campo gravitacional. Fluidos. Presión Diagrama de sólido libre sobre el volumen z dz g (P + dP) dS P dS gdVgdm  Podemos aislar el volumen del resto de fluido, como se muestra en la figura. En estática, este volumen estará en equilibrio. Las fuerzas verticales que actúan sobre el volumen son las ejercidas por el resto del fluido y por el peso Las fuerzas horizontales no se muestran en la figura porque están equilibradas por cada dos caras. La presión P en la cara inferior debe ser mayor que aquella que se ejerce en la cara superior para equilibrar el peso del elemento de volumen Condición de equilibrio OFext  dzdSdVcomoy dVgdSdPPdSPFz   0)(0  dzgdP  hgP   En el caso de un líquido, ρ constante PhgPP  0 h Po
  15. 15. • Ecuación de la Estática de fluidos. O cambio de la presión de un fluido en reposo con la altura en el seno de un campo gravitacional FLUIDOS. Presión. dzgdP  hgP   En el caso de un líquido, ρ constante, h Po PhgPP  0 • La presión se incrementa linealmente con la profundidad, independientemente de la forma del recipiente. •La presión es la misma para todos los puntos que tengan la misma profundidad Principio de Pascal: Un cambio de presión aplicado a un líquido confinado se transmite a todos y cada uno de los puntos del líquido y paredes del recipiente. Paradoja Hidrostática: La presión depende solamente de la profundidad del líquido, y no de la forma del recipiente, así a la misma profundidad la presión es la misma en todos los puntos del recipiente
  16. 16. FLUIDOS. Ejercicio: En la figura se muestra la presión medida en las arterias en diferentes partes del cuerpo. Calcular la diferencia de presión debida a cambios en la altura bajo la acción de la gravedad en el fluido sangre del sistema circulatorio, siendo la altura media de la cabeza hCE = 1.7 m y la del corazón hC =1.3 m, para un adulto típico, tal y como se indica en la figura. Comprobar que las diferencias mostradas en las figuras se pueden explicar por la diferencia en la altura
  17. 17. FLUIDOS. Presión. hgP   hgPP  0 h Po P Elevador hidráulico Derivar la relación entre las fuerzas que se ejercen en los pistones del elevador hidráulico, aplicando el principio de Pascal. Paradoja Hidrostática Explicar porqué : 1.- la superficie del líquido adopta la superficie horizontal 2.- La presión en el fondo debe ser la misma para todos los puntos
  18. 18. FLUIDOS. Presión La medida de la presión Podemos usar el hecho de que la diferencia de presiones es proporcional a la profundidad del líquido para la medida de las variaciones de presión, y de esta misma Una de las ramas del tubo en U está abierto a la atmoósfera y por tanto a presión Pat. El otro extremo del tubo se encuentra a la presión del recipiente P, la cual es la que se dea medir. La diferencia P – Pat, llamada la presión manométrica, será P – Pat = ρ g h La medida de la presión manométrica : el manómetro de tubo abierto. La medida de Presión Atmosférica. El barómetro de mercurio Pat=ρHggh ρHg densidad del Mercurio La presión absoluta en el recipiente se obtiene sumando a la presión manométrica la presión atmosférica local P = Pat + ρgh Cual es la altura de la columna de mercurio en el barómetro si la presión atmosférica es 1 atm (101.325 kPa)?. La densidad del mercurio a 0ºC es 13.595x103 kg/m3. La misma cuestión si el líquido en la columna fuera agua a 4 ºC
  19. 19. FLUIDOS. Presión La medida de la presión. Unidades Ejercicio: La presión recomendada en un tipo de neumáticos es IS 2.5 bar. ¿Cual es la presión absoluta si la presión atmosférica local es IS 933 mbar? 101325 Pa [Pascal] 1 atm [atmosfera] 1.01325 bar 760 mmHg [millimetro de mercurio] 10.34 mH2O [metro de agua] 1.0332 kgf/cm2 bar = 100 kPa mbar [milibar] Kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado se llama atmósfera técnica Cual es el valor mínimo de de la presión absoluta? ¿Cual es el valor máximo de succión que se puede ejercer? Manómetro para neumáticos
  20. 20. Unidades y escalas para la medida de la presión FLUIDOS. Presión
  21. 21. FLUID. Buoyancy. Empuje. Fuerzas ascensionales. Principio de Arquímedes Un cuerpo parcial o completamente sumergido experimenta una fuerza ascensional igual al peso del fluido desalojado Peso aparente del cuerpo sumergido Derivación del Principio de Aquímedes usando las Leyes de Newton Empuje peso El cuerpo sumergido se reemplaza por el mismo volumen de fluido (línea de puntos). El volumen aislado de fluido de su misma forma y tamaño está en equilibrio entre su propio peso y la fuerza de empuje ejercida sobre él por el resto del fluido. Entonces el valor del empuje en el cuerpo sumergido debe ser el peso del fluido desalojado. La línea de acción de la fuerza de empuje pasa por el centro de masas de del volumen. El resultado no depende de la forma del objeto sumergido. B W =ρF V g El peso de un cuepo en aire es 154.4 N. El mismo cuerpo sumergido en agua tiene un peso aparente de 146.4 N. ¿De qué material está hecho el cuerpo?
  22. 22. FLUIDOS. P dS   dSygdSPF  y Fuerzas ejercidas sobre superficies sumergidas
  23. 23. Fluidos. Empuje. El peso aparente de un chico, cuando está completamente sumergido en agua, habiendo espirado completamente el aire de los pulmones es el 5% de su peso. ¿Qué porcentaje de su cuerpo es grasa?. La densidad de la grasa es ~0.9x103 kg/m3, y la densidad de los tejidos magros (excepto grasa) ~1.1x103 kg/m3. Un gran globo esférico, tiene un radio de 2,5 m y una masa total de 15 kg. La masa de helio no se considera en este dato. ¿Cual es la aceleración inicial hacia arriba del globo cuando se suelta al nivel del mar? Una plataforma de área A, espesor h, y masa m=600 kg, flota con 7 cm ssumergidos. Cuando un hombre se encuentra sobre la plataforma, se sumerge hasta 8.4 cm. ¿Cual es la masa del hombre?
  24. 24. GRACIAS POR SU ATENCIÓNGRACIAS POR SU ATENCIÓN

×