Mecánica De Los Fluidos Unidad 1 Propiedades de Los Fluidos Año 2019 IM FCAI UNCUYO.

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1 Mecánica De Los Fluidos Unidad 1 Propiedades de Los Fluidos Año 2019 IM FCAI UNCUYO

2 Cap. 1: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Definición de FLUIDO: Sustancia que se deforma constantemente 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).

3 MEDIO CONTINUO Para adoptar bases matemáticas o analíticas, es necesario considerar que la estructura molecular original es reemplazada por un medio hipotético llamado medio continuo. Por ej. la velocidad de un punto debe ser considerada como el promedio de la velocidad de la masa que rodea ese punto. La densidad, el volumen específico, la presión, velocidad y aceleración se supone que varían continuamente en todo el fluido o que son constantes.

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5 Insertar figura 1.1 Fuerza que causa que la velocidad U sea uniforme Área de la placa superior Es la rapidez de deformación angular En forma más general LEY DE VISCOSIDAD DE NEWTON

6 el factor de proporcionalidad se denomina viscosidad del fluido Insertar figura 1.2

7 Problema 1 La figura muestra una película de líquido que desciende sobre una superficie inclinada. El líquido es un fluido newtoniano cuya viscosidad es µ. El perfil de velocidad está dado por la siguiente expresión. Donde U es una constante y  es el espesor de la capa de líquido. Determine el esfuerzo cortante en la interfase fluido-sólido (y = 0) en y =  /2 y en la superficie libre (y =  )

8 Propiedades de los Fluidos

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10 DENSIDAD RELATIVA relación entre el peso de una sustancia y el peso de un volumen equivalente de agua en condiciones estándar. PRESIÓN es la fuerza normal que enpuja contra un área plana dividida por el área. Dentro de un recipiente, el fluido ejerce también en una presión contra las paredes, y el o recipiente ejerce una reacción que será compresiva para el fluido.En estática de fluidos

11 Un ingeniero está diseñando un sistema para proporcionar aire de combustión a una caldera como se muestra en la figura. Un ventilador toma aire de una habitación grande a través del conducto de entrada. El ventilador aumenta la presión del aire y lo descarga en un conducto de salida. La presión de vacío en el conducto de entrada es de 1300 N/m 2 y la temperatura es de 30,6 °C. La presión durante la descarga del ventilador es de 1000 N/m 2 y la temperatura de 35,6 °C. La presión barométrica es de 100000 N/m 2.Calcule la densidad del aire a la entrada del ventilador y a la salida. Comente acera del posible empleo del modelo de fluido incompresible para el flujo del ventilador.

12 HIDROMETRO La determinación de densidades de líquidos tiene importancia no sólo en la física, sino también en el mundo del comercio y de la industria. Por el hecho de ser la densidad una propiedad característica (cada sustancia tiene una densidad diferente) su valor puede emplearse para efectuar una primera comprobación del grado de pureza de una sustancia líquida. Un hidrómetro es un dispositivo que utiliza la fuerza de flotación para medir la gravedad específica S de un líquido. Este aparato es de vidrio y posee un vástago de sección prismática que está graduado y en donde se realiza la medición. Cuando se introduce en un líquido, el hidrómetro queda parcialmente sumergido, en posición vertical y con el vástago fuera de la superficie del líquido. 1.FUNDAMENTACION TEORICA El Hidrómetro utiliza el principio de flotación de Arquímedes y se basa en que un sólido en suspensión en un líquido será impulsado por una fuerza igual al peso del fluido desplazado. Por lo tanto, menor es la densidad de la sustancia, más el hidrómetro se hundirá.

13 Problema 3 Un hidrómetro pesa 2,2 grf. Su extremo superior es un vástago cilíndrico de diámetro exterior d e =0,28 cm. ¿Cuál será la diferencia entre las longitudes de emergencia cuando flota en un aceite de densidad relativa  r(aceite)=0,78 y en alcohol de densidad relativa  r (alcohol)= 0,821?

14 VISCOSIDAD Es la propiedad mas importante en el flujo de fluidos. La viscosidad es la propiedad mediante la cual ofrece resistencia al corte. Según la ley de viscosidad de Newton, para una deformación angular dada, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la viscosidad. Ej. La miel y la brea son altamente viscosos; el agua y el aire tienen viscosidades muy pequeñas. La viscosidad de un gas aumenta con la temperatura. La viscosidad de un líquido disminuye con la temperatura.

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17 VISCOSIDAD Para presiones bajas la viscosidad depende sólo de la temperatura. En estado de reposo, o cuando no existe movimiento diferencial entre capas adyacentes, du/dy es cero y no existe esfuerzo cortante (estática de los fluidos Cap. 2). Las dimensiones de la viscosidad: Por la 2ª ley de Newton: entonces la viscosidad también se puede expresar:

18 VISCOSIDAD UNIDADES para la viscosidad Absoluta o Dinámica Para el sistema SI (1 E-3 Ns/m 2 ) Para el sistema USC Para el sistema CGS Poise (P)

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20 Estudiar las características de velocidad de deformación bajo esfuerzo cortante que se representan para diversos tipos de fluidos en la figura

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23 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 imcompresible gas perfecto: tiene viscosidad (desarrolla esfuerzos de corte) y es compresible La ecuación se puede escribir y R tiene unidades de

24 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 ver tabla C.3 del apéndice “C”

25 Calor específico c v : es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando V es cte. Calor específico c p : 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 c v y c p mediante la forma

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27 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).

28 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

29 Valores aprox. de propiedades de líquidos comunes Insertar tabla 1.3

30 DESCRIPCIÓN DEL FLUJO: LÍNEAS DE CORRIENTE, SENDAS Y LÍNEAS DE TRAZA