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MECÁNICA DE FLUIDOS
Docente: Ms. Ing. Orlando Vilca Moreno
Mecánica de Fluidos
La Mecánica de los Fluidos es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en reposo o en movimiento y la interacción de estos con sólidos o con otros fluidos en las fronteras.
Ramas de la mecánica de fluidosRamas de la mecánica de fluidos
La estática de fluidos, que trata los fluidos en el estado de equilibrio sin esfuerzo cortante.
La dinámica de fluidos, que trata los fluidos cuando partes de los mismos se mueven con relación a otras.
FLUIDO
Un fluido se define como una sustancia que se deforma de manera continua cuando actúa sobre ella un esfuerzo cortante de cualquier magnitud.
Una sustancia en la fase liquida o en la gaseosa se conoce como fluido.
El agua, aceite y aire fluyen cuando sobre ellos actúa un esfuerzo cortante.
FLUIDOSFLUIDOS
LIQUIDOSLIQUIDOS
GASESGASES
AGUA, ALCOHOL, ACEITE
AGUA, ALCOHOL, ACEITE
AIRE, OXIGENO, NITROGENO
AIRE, OXIGENO, NITROGENO
El conocimiento de los fluidos es esencial, no solamente para tratar con exactitud los problemas de movimiento de fluidos a través de tuberías, bombas y otros tipos de aparatos, sino también para el estudio del flujo de calor y de muchas operaciones de separación que dependen de la difusión y la transferencia de materia.
Caracterización de FluidosCaracterización de Fluidos
Un fluido puede ser caracterizado de diferentes maneras:• Espaciamiento molecular• Actividad molecular
En un fluido el espaciamiento entre moléculas es mayor que en un sólido, como también es mayor el rango de movimiento de las moléculas de un gas.
Diferencia entre un sólido y un líquido
Un fluido ideal es una sustancia que cuando está en equilibrio estático, NO SOPORTA fuerzas tangenciales o de corte.
Un fluido sometido a esfuerzos de corte fluye inmediatamente, no importa cuan pequeño sea éste (fluido ideal).
Cualquier sustancia que tiene la capacidad de fluir es un fluido: Liquido, Gas, Plasma
Diagrama Reológico
Los fluidos se clasifican en: newtonianos (p. ej. gases o líquidos mas
comunes) y no newtonianos (p. ej. hidrocarburos espesos y de
cadenas largas).
En un fluido newtoniano existe una relación lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la tasa de deformación resultante, tal como se muestra en la Figura 2.
En un fluido no newtoniano existe una relación no lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la tasa de deformación angular (ver figura 2).
Figura 2. Diagrama Reológico
Esfuerzo Cortante
Superficie tix
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Esfuerzo de fluencia
Los gases y los líquidos mas comunes tienden a ser fluidos newtonianos, mientras que los hidrocarburos espesos y de cadenas largas pueden ser no newtonianos.Si se considera un fluido no viscoso (por consecuencia el esfuerzo cortante es cero) e incompresible, entonces éste se conoce como un fluido ideal y se representa gráficamente como la ordenada de la figura 2.
Un plástico ideal tiene un esfuerzo de fluencia definido y una relación lineal constante de a du/dy.
Una sustancia tixotrópica (tinta de impresora), tiene una viscosidad que depende de la deformación angular inmediatamente anterior a la sustancia y tiene una tendencia a solidificarse cuando se encuentra en reposo.
Propiedades de los fluidos
Densidad Módulo de elasticidad Volumen específico y densidad
relativa Viscosidad Tensión Superficial: Capilaridad
Densidad
La densidad es una de las propiedades más habituales y útiles en el estudio de los fluidos: relaciona la masa de una porción de fluido y el volumen que esta porción ocupa
Se expresa como: m / v
Sus unidades son:
g / cm3 = g / mL
kg / L = 1000 kg / m3
lb / pie3
Aire 1,29 Aluminio 2 700
Helio 0,18 Cobre 8 920
Hidrógeno 0,09 Hierro 7 860
Agua dulce 1 000 Plomo 11 300
Hielo 917 Oro 19 300
Agua salada 1 030 Mercurio 13 600
Alcohol 806 Madera 373
Densidades de algunas substancias (kg/mDensidades de algunas substancias (kg/m33))
COMPRESIBILIDAD:
En la mayoría de los casos, un líquido se podría considerar incompresible, pero cuando la presión cambia bruscamente, la compresibilidad se hace evidente e importante. Lo mismo ocurre si hay cambios importantes de temperatura. La compresibilidad se expresa mediante el módulo elástico de compresión.
Viscosidad
Los gases y los líquidos tienen una propiedad conocida como la viscosidad.
Se puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un liquido, resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia.
La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del movimiento de una capa de fluido con respecto a otro y es completamente distinta de la atracción molecular.
PRESION
Al aplicar una fuerza sobre un cuerpo deformable, los efectos que provoca dependen no solo de su intensidad, si no también de como este repartida sobre la superficie del cuerpo. El coeficiente entre la intensidad F de la fuerza aplicada perpendicularmente sobre una superficie dada y el área S de dicha superficie se denomina el escalar presión.
P=F/S
La presión representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de área de la superficie considerada. Cuando mayor sea la fuerza que actúa sobre una superficie dada, mayor será la presión, y cuanto menor sea la superficie para una fuerza dada mayor será la presión resultante.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN Forme su equipo de trabajo (4 estudiantes) Para el próximo CLASE investigar, conceptos y ejemplos. Realizar un ensayo sobre la historia de la M.F e importancia
de la mecánica de fluidos en la carrera. (Entregar impreso). En su cuaderno lo siguiente:
Áreas de aplicación de la mecánica de fluidos
Propiedades de los fluidos: viscosidad, presión, densidad,
peso específico y gravedad específica.
Fluidos Newtonianos y no Newtonianos, Variación de la
viscosidad con la temperatura, índice de viscosidad y medición de la viscosidad.