MECANICA DE LOS

FLUIDOS

Ing. Alejandro Mayori

1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

ESTADOS DE LA MATERIA

SOLIDOS, LIQUIDOS Y GASES

4 ESTADO (PLASMA)

5 ESTADO (CONDENSADO DE BOSE-EINSTEIN)

6 ESTADO (COLOIDES)

Sólidos Moléculas Posición y Distancia Fija

Forma y Volumen cte.

Líquidos Moléculas Posición Variable y Distancia Fija

Forma Variable y Volumen cte.

Gases Moléculas Posición y Distancia Variable

Forma y Volumen Variable

TEMPERATURA Energía térmica es suma de las energías de todas las partículas de un cuerpo. La temperatura es el valor medio de la energía cinética de estas partículas

DENSIDAD Densidad = Masa/Volumen

TABLA DE DENSIDADES

Densidad de algunas

sustancias aluminio 2.7 g/cm3 agua 1 g/cm3 cobre 8.95 g/cm3 oro 19.3 g/cm3 plata 10.5 g/cm3 platino 21.4 g/cm3 plomo 11.3 g/cm3 sodio .968 g/cm3 titanio 4.5 g/cm3 uranio 19.1 g/cm3 zinc 7.1 g/cm3

Sustancia Densidad en

kg/m3

Densidad en

g/c.c.

Agua 1000 1

Aceite 920 0,92

Gasolina 680 0,68

Plomo 11300 11,3

Acero 7800 7,8

Mercurio 13600 13,6

Madera 900 0,9

Aire 1,3 0,0013

Butano 2,6 0,026

Dióxido de

carbono 1,8 0,018

1.1 Mecánica de los Fluidos

• Estudia el comportamiento de los fluidos en reposo (estática) y en movimiento (dinámica)

• - Aerodinámica.- Estudia el Aire

• - Hidráulica.- Estudia el Agua

1.2 Definición de Fluido

• Adaptan a la forma de los recipientes contienen

• - Líquidos Casi incompresibles

Tienen superficies libres

• - Gases Compresibles

Ocupan volumen del recipiente

1.3 Sistema Técnico de Unidades

• Longitud m Metro

• Fuerza Kg Kilogramo f (Kilopondio)

• Tiempo s Segundo

• Masa UTM Kg seg2/m

1.4 Sistema Internacional de Unidades

• Longitud m Metro

• Masa Kg Kilogramo m

• Tiempo s Segundo

• Fuerza Kg m/seg2 Newton

1.5 Peso Especifico

1.5 Peso Especifico

• Relación entre peso una sustancia y su volumen.

• γ = W/V = mg/V = ρ g

• Donde:

• γ, el peso específico;

• W, el peso de la sustancia;

• V, el volumen de la sustancia;

• ρ, la densidad de la sustancia;

• m, la masa de la sustancia;

• g, la aceleración de la gravedad.

Material Peso específico Kg/m3

• Aceite de creosota 1.100

• Aceite de linaza 940

• Aceite de oliva 920

• Aceite de ricino 970

• Aceite mineral 930

• Acetona 790

• Ácido clorhídrico al 40 % 1.200

• Ácido nítrico al 40% 1.250

• Ácido sulfúrico al 50 % 1.400

• Agua 1.000

• Alcohol etílico 800

Material Peso específico Kg/m3

• Agua 1.000

• Alcohol etílico 800

• Andina 1.040

• Bencina 700

• Benzol 900

• Cerveza 1.030

• Gasolina 750

• Leche 1.030

• Petróleo 800

• Sulfuro de carbono 1.290

• Vino 1.000

1.6 Densidad

• Relación entre masa de una sustancia y su volumen.

• ρ = m/V = W/(gV) = γ / g

• Donde:

• γ, el peso específico;

• W, el peso de la sustancia;

• V, el volumen de la sustancia;

• ρ, la densidad de la sustancia;

• m, la masa de la sustancia;

• g, la aceleración de la gravedad.

1.7 Densidad Relativa

• Relación entre densidad de un cuerpo y la densidad de una sustancia de referencia

• Líquidos ρr = Densidad Sustancia/ Densidad Agua

• Gases ρr = Densidad Sustancia/ Densidad Aire

• Nota:

• Densidad del Agua a 20 º C

• Densidad del Aire a 0 º C y 1 Atm Presión

1.7 Densidad Relativa

• T (°C) γ (N/m3)

• 0 9805

• 5 9806

• 10 9803

• 20 9786

• 40 9737

• 60 9658

• 80 9557

• 100 9438

1.8 Viscosidad de un Fluido

• Viscosidad = Resistencia al corte. Es similar a la fricción entre dos sólidos en movimiento relativo.

• Para deslizar un sólido sobre otro, es preciso aplicar una fuerza que venza a la fuerza de rozamiento

• Para deslizar un sólido dentro de un fluido, requiere fuerza vencer la fuerza de rozamiento o viscosidad

• Un sólido se mueve mas fácilmente en el aire que en el agua debido a que la viscosidad del aire es menor que la viscosidad del agua.

1.8 Viscosidad de un Fluido

• Considérese dos placas planas y paralelas de grandes dimensiones separadas una pequeña distancia (h). Entre estas placas hay un fluido.

• F α AU/h F α A dV/dy Ƭ α dV/dy

Viscosidad Absoluta Ƭ = μ dV/dy

Viscosidad Cinemática = μ/ρ

Insertar figura 1.1

Fuerza 𝜶 velocidad U, Área placa superior y espesor t

t

AUF

t

U

A

F

dy

du En forma más general LEY DE VISCOSIDAD DE NEWTON

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

el factor de proporcionalidad se denomina viscosidad del fluido

Insertar figura 1.2

- Viscosidad Resistencia de un fluido a fluir.

- Viscosidad baja = Fluido mueve con facilidad

- Viscosidad alta = Fluido mueve con dificultad

- Tabla Viscosidades - Sociedad de Ingenieros

Automotrices (SAE)

SAE 5W-30 SAE 10W-30 SAE 15W-40 SAE 20W-50

Viscosidad cSt a 40°C 62,5 69,8 116 175

Viscosidad cSt a 100°C 10,4 10,4 15,6 18,8

1.8 Viscosidad de un Fluido

1.9 Presión de Vapor

• A medida que un fluido se evapora dentro un recipiente, la presión dentro del recipiente aumenta. A esta presión se le llama presión de vapor y depende de la temperatura

1.10 Tensión Superficial

• Todas la moléculas de un liquido están atraídas por sus vecinas por lo que su resultante es nula

• La fuerza resultante en las moléculas de la superficie libre no es nula sino perpendicular a la superficie y hacia abajo.

• Entonces para llevar las moléculas dentro del fluido hacia la superficie se requiere un cierto trabajo

• Tensión superficial es el trabajo que debe realizarse para llevar moléculas desde el interior del liquido hasta la superficie para crear un nueva unidad de superficie

1.10 Tensión superficial

- Ssuperficie líquido actúa como una membrana estirada - Fuerza, que actúa paralela a la superficie, proviene de

las fuerzas atractivas entre las moléculas. - Efecto se conoce tensión superficial. - Fuerza F = L L longitud superficie actúa la fuerza coeficiente depende temperatura y del líquido,

Algunos ejemplos

Algunos valores

Sustancia Coeficiente

Mercurio 0.44

Agua (0º) 0.076

Agua (20º) 0.072

Agua (100º) 0.059

Solución jabonosa (20º) 0.025

1.11 Capilaridad

• Cuando se semi introduce un tubo capilar (hasta 12 mm) en un fluido, este se eleva o desciende debido a la tensión superficial (cohesión del liquido) y la adhesión del liquido a las paredes del tubo.

• Ascienden si adhesión es mayor cohesión

• Descienden si adhesión es menor cohesión

1.11 Capilaridad • El agua moja el recipiente de vidrio debido a que sus

moléculas son atraídas con mayor intensidad por las moléculas de vidrio (fuerzas de adhesión) que por las moléculas de agua (fuerzas de cohesión) . El caso contrario ocurre con el mercurio: las fuerzas de cohesión son mayores que las de adhesión.

1.11 Capilaridad

• El ángulo que la tangente a la superficie del líquido forma

con la superficie sólida se llama ángulo de contacto y depende tanto de las fuerzas de cohesión como de las de adhesión. Se puede demostrar que cuando el ángulo de contacto es menor que 90º, el líquido moja el sólido. Si es mayor que 90º el líquido no moja el sólido.

1.12 Mod Volumétrico de Elasticidad

• Los gases son compresibles y los fluidos se comprimen ligeramente

• El modulo volumétrico de elasticidad expresa la compresibilidad de un fluido

E = dp / (- dV/V)

1.13 Condiciones Isotérmicas

• En los procesos la temperatura se mantiene constante

PV = cte.

P/ γ = cte.

E = p

1.14 Condiciones Adiabáticas e Isoentropicas

• En los procesos no hay intercambio de calor

• P1 V1 k = P2 V2

k

• P1 / P2 = (g1/g2)k

• (P2 / P1)(k-1)/k = T2/T1

• E = kp