PNF INGENIERIA EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Facilitador: Participantes:

Gabriel Matos León Viocarlys C.I: 20078562

Acosta Manuel C.I: 21263057

Caraballo Osliany C.I: 20555481

Monrroy Keila C.I: 21007012

Diana Parra C.I: 21578733

Yánez Emili C.I: 21110856

Ríos Maglis C.I: 21111716

Ciudad Bolívar, Noviembre 201

INTRODUCCIÓN

Mecánica de fluidos, es la parte de la física que se ocupa de la acción de

los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y

mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es

fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería

química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la

oceanografía.

La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la

estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la

dinámica de fluidos, que trata de los fluidos en movimiento. El término de

hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja

velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente

incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del

comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo

suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la

compresibilidad.

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a

chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidráulica estudia la

utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.

MECÁNICA DE FLUIDOS

La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos

(que a su vez es una rama de la física) que estudia el movimiento de los fluidos

(gases y líquidos) así como las fuerzas que los provocan. La característica

fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos

cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las

interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita.

FLUIDO

Los fluidos reaccionan de una manera característica a las fuerzas. Si se

compara lo que ocurre a un sólido y a un fluido cuando son sometidos a un

esfuerzo de corte o tangencial se tienen reacciones características que se

pueden verificar experimentalmente y que permiten diferenciarlos.

Con base al comportamiento que desarrollan los fluidos se definen de la

siguiente manera: "Fluido es una sustancia que se deforma continuamente, o

sea se escurre, cuando está sometido a un esfuerzo de corte o tangencial". De

esta definición se desprende que un fluido en reposo no soporta ningún

esfuerzo de corte.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Los fluidos, como todos los materiales, tienen propiedades físicas que

permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento así como distinguirlos de

otros. Algunas de estas propiedades son exclusivas de los fluidos y otras son

típicas de todas las sustancias. Características como la viscosidad, tensión

superficial y presión de vapor solo se pueden definir en los líquidos y gasas.

Sin embargo la masa específica, el peso específico y la densidad son atributos

de cualquier materia.

CLASIFICACIÓN

Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo a diferentes características que

presentan en:

Newtonianos

No newtonianos

O también en:

Líquidos

Gases

FLUIDO NEWTONIANO

Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse

constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o

cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen, es decir, el

punto [0,0]. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en

contraposición al pegamento, la miel o los geles que son ejemplos de fluido no

newtoniano.

Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos

newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el

agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.

FLUIDO NO-NEWTONIANO

Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad varía con la

temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido

no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a

diferencia de un fluido newtoniano.

Aunque el concepto de viscosidad se usa habitualmente para

caracterizar un material, puede resultar inadecuado para describir el

comportamiento mecánico de algunas sustancias, en concreto, los fluidos no

newtonianos. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras

propiedades reológicas, propiedades que tienen que ver con la relación entre el

esfuerzo y los tensores de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales

como condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.

Un ejemplo y no tóxico de fluido no newtoniano puede hacerse

fácilmente añadiendo almidón de maíz en una taza de agua. Se añade el

almidón en pequeñas proporciones y se revuelve lentamente. Cuando la

suspensión se acerca a la concentración crítica es cuando las propiedades de

este fluido no newtoniano se hacen evidentes. La aplicación de una fuerza con

la cucharilla hace que el fluido se comporte de forma más parecida a un sólido

que a un líquido. Si se deja en reposo recupera su comportamiento como

líquido. Se investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de chalecos

antibalas, debido a su capacidad para absorber la energía del impacto de un

proyectil a alta velocidad, pero permaneciendo flexibles si el impacto se

produce a baja velocidad.

Un ejemplo familiar de un fluido con el comportamiento contrario es la

pintura. Se desea que fluya fácilmente cuando se aplica con el pincel y se le

aplica una presión, pero una vez depositada sobre el lienzo se desea que no

gotee.

MASA ESPECÍFICA, PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD.

Se denomina masa específica a la cantidad de materia por unidad de

volumen de una sustancia. Se designa por P y se define: P = lim ( m/ v) v->0

El peso específico corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una

unidad de volumen. Se designa por ß. La masa y el peso específico están

relacionados por:ß = gP

Donde g representa la intensidad del campo gravitacional.

Se denomina densidad a la relación que exista entre la masa específica

de una sustancia cualquiera y una sustancia de referencia. Para los líquidos se

utiliza la masa especifica del agua a 4°C como referencia, que corresponde a

1g/cm3 y para los gases se utiliza al aire con masa especifica a 20°C 1 1,013

bar de presión es 1,204 kg/m3.

VISCOSIDAD.

La viscosidad es una propiedad distintiva de los fluidos. Está ligada a la

resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le

somete a un esfuerzo de corte. Esta propiedad es utilizada para distinguir el

comportamiento entre fluidos y sólidos. Además los fluidos pueden ser en

general clasificados de acuerdo a la relación que exista entre el esfuerzo de

corte aplicado y la velocidad de deformación.

Supóngase que se tiene un fluido entre dos placas paralelas separada a

una distancia pequeña entre ellas, una de las cuales se mueve con respecto de

la otra. Esto es lo que ocurre aproximadamente en un descanso lubricado. Para

que la palca superior se mantenga en movimiento con respecto a la inferior,

con una diferencia de velocidades V, es necesario aplicar una fuerza F, que por

unidad se traduce en un esfuerzo de corte, ŋ = F / A, siendo A el área de la

palca en contacto con el fluido. Se puede constatar además que el fluido en

contacto con la placa inferior, que está en reposo, se mantiene adherido a ella

y por lo tanto no se mueve. Por otra parte, el fluido en contacto con la placa

superior se mueve a la misma velocidad que ella. Si el espesor del fluido entre

ambas placas es pequeño, se puede suponer que la variación de velocidades

en su interior es lineal, de modo que se mantiene la proporción:

VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINÁMICA

Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por

una unidad de distancia, cuando el espacio que los separa está lleno con un

fluido y uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su propio plano

con respecto al otro también denominado viscosidad dinámica; coeficiente de

viscosidad

La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el

pascal segundo (Pa.s) o también newton segundo por metro cuadrado

(N.s/m2), o sea kilogramo por metro segundo (kg/ms):

VISCOSIDAD CINEMÁTICA

Es la razón de viscosidad a densidad de masa. En el sistema

internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemática es el metro cuadrado por

segundo (m2/s). La unidad CGS correspondiente es el stoke (St), con

dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el centistoke (cSt), 10-2

stokes, que es el submúltiplo más utilizado.

¿QUÉ FACTORES AFECTAN LA VISCOSIDAD A PARTE DE DE LA

TEMPERATURA?

Podemos decir que la viscosidad es la resistencia que un material tiene

para cambiar de forma, esta propiedad puede ser considerada como fricción

interna (también conocido como rozamiento interno).

La viscosidad de un liquido es, básicamente, una medición de cuan

pegajoso es. El agua tiene una viscosidad relativamente baja, cosas como el

champú (shampoo) o el melado de caña tienen viscosidades más altas. La

viscosidad también depende de la temperatura, el aceite de motor, por ejemplo,

es mucho menos viscoso a temperaturas elevadas que cuando el motor esta

frío, o durante el invierno.

TENSION DE CORTE

La tensión cortante o tensión de corte es aquella que, fijado un plano,

actúa tangente al mismo. Se suele representar con la letra griega tau . En

piezas prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de aplicación de

un esfuerzo cortante o bien de un momento torsor.

En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele

ser un paralelo a la sección transversal (i.e., uno perpendicular al eje

longitudinal). A diferencia del esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en las

vigas ya que su efecto es menos evidente.

GAS

Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene

forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas,

expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y

forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen

del recipiente que la contiene, con respecto a los gases, las fuerzas

gravitatorias y de atracción entre partículas, resultan insignificantes.

Existen diversas leyes que relacionan la presión, el volumen y la

temperatura de un gas.

LIQUIDO

El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido

altamente incompresible (lo que significa que su volumen es constante en

condiciones de temperatura y presión moderadas).

DENSIDAD

La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación

entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema

Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente

se expresa en g/cm3. La densidad es una magnitud intensiva

Donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del determinado

cuerpo.

PESO ESPECÍFICO

El peso específico de una sustancia se define como su peso por unidad

de volumen. Como aclararemos en otro apartado, esta definición es

considerada hoy día como obsoleta y reprobable, siendo su denominación

correcta la de densidad de peso.

Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo o porción de materia entre el

volumen que éste ocupa.

Donde:

= peso específico

= es el peso de la sustancia

= es el volumen que la sustancia ocupa

= es la densidad de la sustancia

= es la aceleración de la gravedad

Unidades:

En el Sistema Internacional de Unidades, se expresa en newton por

metro cúbico (N/m³).

En el Sistema Técnico, se mide en kilogramos fuerzas por metro cúbico

(kgf/m³).

Como el kilogramo fuerza representa el peso de un kilogramo, en la Tierra,

esta magnitud expresada en kgf/m³ tiene el mismo valor numérico que la

densidad expresada en kg/m³.

Como vemos, está íntimamente ligado a la densidad y de fácil manejo en

unidades terrestres, aunque confuso en el S.I. de Unidades. Como

consecuencia de ello, su uso está muy limitado e incluso resulta incorrecto en

la Física.

DENSIDAD RELATIVA

La densidad relativa es una comparación de la densidad de una

sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidad

relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el

cociente de dos densidades.

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

Un eje lubricado rota dentro de una camisa concéntrica a 1200 RPM. La

luz δ es pequeña con respecto al R, de tal manera que se puede suponer

una distribución lineal de velocidad en el lubricante. ¿Cuáles son los

requerimientos de potencia para rotar el eje?

R = 2 cm

L = 6 cm

δ = 0.1 mm

= 0.2 N. s /

SOLUCION:

La perdida de energía, de vida al esfuerzo cortante viscoso por unidad de

tiempo, impone los requerimientos de potencia. Esto estará dado por el

torque requerido para rotar el eje a la velocidad designada.

Potencia = t ω

El torque aplicado esta dado por el esfuerzo cortante que actúa sobre el

área superficial multiplicado por el brazo de momento r.

t = µ

T = t (2ΠRL) R = (5026.5) (2π) (0.02) (0.06) (0.02) = 0.758 Nm

POTENCIA = T ω 0.758 (1200)

9)

Un líquido tiene una viscosidad de 0,05 kg/m.s y una densidad de 850

kg/m3. Calcular la viscosidad cinemática en:

A) UNIDADES SI

B) UNIDADES USC

C) LA VISCOSIDAD EN UNIDADES USC

SOLUCION:

A) V =

= 0.005 kg/m.s / 850 kg/m3 = 5882

B) V = (5882 *

C) kg/m.s)

PIE. S

10)

Un fluido tiene una densidad relativa de 1,59 y una densidad cinemática

de 0,05 /s determine la viscosidad cinematica un si, sb.

DATOS:

S = 1,59

δ =0,05 / s

S.I.: S =

SB = µ = (0,05

11)

Un gas con un peso molecular de 44 se encuentra a una presión de 0,9

mpa y a una temperatura de 20ºc. Determinar su densidad.

SOLUCION:

La constante del gas r puede ser determinada de la siguiente manera:

Densidad es de 16,26 Kg/M3

12)