PRIMERA UNIDADPRIMERA UNIDADPropiedades de los f luidosPropiedades de los f luidos

Docente:Ing. Bernardo Coloma Paxi

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGRICOLA

CURSOMecánica de Fluidos

Introducción La Mecánica de Fluidos estudia las leyes del

movimiento de los fluidos y sus procesos de interacción con los cuerpos sólidos.

La característica fundamental de los fluidos es la fluidez. El fluido cambia de forma de manera continua cuando esta sometido a un esfuerzo cortante, por un pequeño que sea este.

TAREA

Realizar un ensayo sobre orígenes de la Mecánica de fluidos

Definición de FLUIDO:Sustancia que se deforma constatemente

cuando se somete a un esfuerzo cortante (por más pequeño que sea).

Sustancia que ocupa la forma del recipiente que lo contiene (LIQUIDO).

Sustancia que ocupa la forma y el volumen del recipiente que lo contiene (GAS).

Fluidos principales:Agua, aire, vapor de agua, combustibles,

lubricantes, refrigerantes etc.

LOS LIQUIDOS: son capaces de crear una superficie libre, los GASES no.

LOS LIQUIDOS: son poco compresibles, Los GASES muy compresibles

EL COMPORTAMIENTO DE LIQUIDOS Y GASES: es similar en conductos cerrados más no en conductos abiertos.

EL FLUIDO INCOMPRESIBLE: no existe en la realidad, pero muchos problemas de ingeniería se resuelven aceptablemente suponiendo que el fluido es incompresible. Estos problemas se estudian en la mecánica de fluidos .

LOS FLUIDOS COMPRESIBLES: se estudian en la Termodinámica.

Insertar figura 1.1

A

Fcortanteesfuerzo =_

Fuerza que causa que la velocidad U sea uniforme

Área de la placa superior

El fluido se deforma de abdc a la nueva posición ab’c’d

tAU

F µ=tU

AF µτ ==

tU Es la rapidez de

deformación angular

dyduµτ =En forma más general LEY DE VISCOSIDAD DE NEWTON

µel factor de proporcionalidad se denomina viscosidad del fluido

Insertar figura 1.2

UNIDADESSistema de unidades es congruente (o consistente) cuando una unidad de fuerza causa que una unidad de masa sufra una unidad de aceleración.

Sistema SI 2111segm

KgN ⋅≡

Insertar tabla 1.1

Sistema USC 2111segft

sluglb ⋅≡

Unidad Derivada Unidad Derivada

20

174.3211segft

glb

lb m≡

Sistema USI necesita apoyarse en una cte. de proporcionalidad escribiendo la 2ª ley de Newton de la forma

agm

F0

=

En condiciones de gravedad estándar en el vacío:

20 174.32seglbft

lbg m ⋅⋅⋅≡Por lo tanto la gravedad específica g0 vale en USI:

en EEUU, en China o en la Luna

gMW ⋅=El peso W de un cuerpo se determina por el producto de la masa M por la aceleración local de la gravedad g.

Insertar tabla 1.2

PREFIJOS para potencias de 10 en el SISTEMA SI

DENSIDAD

se define como la masa por unidad de volumen

para agua a presión estandar (760 mmHg) y a 4 ºC,

o bien

VOLUMEN ESPECIFICO

es el recíproco de la densidad, es decir, el volumen ocupado por la unidad de masa.

PESO ESPECIFICO

es el peso por unidad de volumendepende de la aceleración de la gravedad

][: 3−MLρ3/94.1 ftslugs=ρ

3/1000 mKg=ρ

ρ1=sv

g⋅= ργ

DENSIDAD RELATIVA

relación entre el peso de una sustancia y elpeso de un volumen equivalente de agua encondiciones estándar.

PRESIÓN

es la fuerza normal que enpuja contra unárea plana dividida por el área.

Dentro de un recipiente, el fluido ejerce también enuna presión contra las paredes, y el orecipiente ejerce una reacción que serácompresiva para el fluido. En estática de fluidos

aguaagua

Sρ

ργ

γ ==

][: 2 PamN

áreafuerza

p ≡

=

][ psf ][ psi

hp ⋅= γ

GAS PERFECTO

las relaciones termodinámicas y los flujos de fluidos compresibles se limitan al los gases prefectos (o ideales), los cuales satisfacen la siguiente ley:

fluido ideal: carece de fricción y es imcompresiblegas perfecto: tiene viscosidad (desarrolla esfuerzos de corte) y es

compresible

La ecuación se puede escribir

y R tiene unidades de

TRvp s ⋅=⋅

RTp ρ=

⋅

⋅≡

KKgNm

KKgm

mN

Rº1

:3

2

Ley de CHARLES: p = cte, V del gas depende solo de T

Ley de BOYLE: T = cte, V del gas depende solo de p

haciendo el análisis a nivel molecular e introduciendo la ley de AVOGADRO (volúmenes iguales de gases a la misma T y p absolutas tienen el mismo número de moléculas, por lo tanto, sus masas son proporcionales a los pesos moleculares) resulta el producto MR llamado cte universal de los gases.

M: peso molecular

⋅⋅

⋅=KmolKg

NmMR 8312

⋅

⋅=KKgNm

MR

8312

Calor específico cv: es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando V es cte.

Calor específico cp: es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando p es cte.

k es la relación de calores específicos

R se relaciona con cv y cp mediante la forma

v

p

cc

k =

Rcc vp +=

Si un barril de aceite pesa 1.5 KN, calcúlese el peos especifico, la densidad y la densidad relativa de este aceite. El barril contiene 0.159 m3 y el peso propio es de 110 N.

Trabajo encargadoUn líquido con peso específico relativo de 1.2 llena un volumen. Si la masa contenida en el volumen es de 300 kg, calcule la magnitud del volumen.Cuando un líquido se vierte en una probeta graduada, se encuentra que pesa 7N cuando ocupa un volumen de 500 ml. Determine el peso específico, la densidad y la densidad relativa del líquido.

Un deposito de aire comprimido tiene un volumen de 0.84 pies cubicos, determinar la densidad y el peso del aire en el deposito cuando este se llena de aire a una presión manometrica de 50 lb/pulg2, suponer que la temperatura es de 70 °F y que la presión atmosférica es de 14.6lb/pulg2 (Abs)

MODULO ELASTICO A LA COMPRESION

Es importante cuando existen cambios repentinos o grandes en la presión (GOLPE DE ARIETE). Un aumento de presión dp causará una disminución del volumen -dV.

para agua a 20 ºC, K = 2.2 Gpa. (Ver tabla C.2 apéndice “C”).

PRESIÓN DE VAPOR

Cuando la presión arriba de un líquido es igual a la presión de vapor ocurre la ebullición.Es importante cuando la presión en el flujo tiene una fuerte reducción en algunos lugares del sistema (CAVITACION).

VdVdp

K −=

TENSION SUPERFICIAL

Fenómeno que se observa en la interface entre un líquido y un gas, o entre dos líquidos inmiscibles, debido a la atracción molecular debajo de la superficie del líquido.

Insertar figura 1.6

Valores aprox. de propiedades de líquidos comunes

Insertar tabla 1.3