12.- Mecanica de Fluidos Conceptos Basicos

MECANICA DE FLUIDOS | CONCEPTOS BSICOS

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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERA AGRCOLA

MECANICA DE FLUIDOS

PRIMERA UNIDAD: Conceptos Bsicos

INTRODUCCIN

La mecnica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la esttica de fluidos, o hidrosttica, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinmica de fluidos, que trata de los fluidos en movimiento. El trmino de hidrodinmica se aplica al flujo de lquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinmica, o dinmica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presin son lo suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad.

Entre las aplicaciones de la mecnica de fluidos estn la propulsin a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidrulica estudia la utilizacin en ingeniera de la presin del agua o del aceite.

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL

Conocer e interpretar los diferentes conceptos bsicos sobre la primera unidad de mecnica de fluidos.

OBJETIVOS ESPECFICO

Definir los conceptos de densidad, peso especfico, gravedad

especfica y la relacin entre estas.


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MARCO TERICO

El estudio de Mecnica de los Fluidos tpicamente trata con un fluido

fluyendo continuamente, es por ello que es conveniente asociar la

masa y el peso del fluido de un volumen dado de este. Para esto se

utiliza el concepto de Densidad.

1 ) Definicin de FLUIDO:

Sustancia que se deforma constantemente cuando se somete a

un esfuerzo cortante (por ms pequeo que sea).

Sustancia que ocupa la forma del recipiente que lo contiene

(LQUIDO).

Sustancia que ocupa la forma y el volumen del recipiente que lo

contiene (GAS).

Como se sabe el fluido es todo cuerpo que tiene la propiedad de

fluir y carecer de rigidez y elasticidad , los fluidos pueden ser

lquidos o gases segn la intensidad de las fuerzas de cohesin

existentes entre sus molculas.

2) VISCOSIDAD.

Es una medida de la resistencia del fluido al corte cuando el fluido est en movimiento. Un fluido no puede resistir esfuerzos de corte sin moverse, pero un slido s. La viscosidad se debe principalmente a las interacciones entre molculas del fluido.

En lquidos, la viscosidad es debida a las fuerzas de cohesin moleculares. Fuerte dependencia directa con la temperatura.


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En la prctica se utilizan dos tipos de viscosidad:

- Viscosidad dinmica ().- El principio de viscosidad de Newton establece que: para un flujo laminar de ciertos fluidos llamados newtonianos, la tensin cortante en una interface tangente a la direccin de flujo, es proporcional al gradiente de la velocidad en direccin normal a la interface. Las unidades de la viscosidad dinmica en el SI, se obtienen aplicando el principio de homogeneidad dimensional a la ecuacin de Newton de la viscosidad.

- Viscosidad cinemtica ().-

Frecuentemente en los clculos de mecnica de fluidos se presenta el cociente de la viscosidad dinmica entre la densidad del fluido. Por ello, de manera convencional, la viscosidad cinemtica se define como la razn entre la viscosidad dinmica y la densidad.

Cuanto ms viscoso es un lquido, ms lento es su flujo. La viscosidad de un lquido suele disminuir con el aumento en la temperatura.


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3) DENSIDAD ():

Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Por lo tanto, si se denota la densidad con la letra griega (rho) se tiene:

Donde v es el volumen de la sustancia que tiene masa m. Las unidades de la densidad son Kg/m3, en el Sistema Internacional.

Mientras ms masa tiene un cuerpo en un mismo volumen mayor ser su densidad.

4) PESO ESPECIFICO ():

El peso especfico es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia. Si se denota el peso especfico con la letra griega (gamma), entonces:

Dnde:

- = Peso especfico

- = Peso de la sustancia

- = Volumen de la sustancia

- = Densidad de la sustancia

- = Masa de la sustancia

- = Aceleracin de la gravedad

Las unidades del Peso Especfico en el Sistema Internacional de Unidades (SI) se expresa en Newton por metro cbico: N/m3. Conviene con frecuencia indicar el peso especfico o la densidad de un fluido en trminos de su relacin con el peso especfico o la densidad de un fluido comn. Se Llamara peso especfico, al cociente que se obtiene del peso de una sustancia y su volumen, esto es aplicable para cualquier fluido.


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Relacin entre peso especfico y densidad.

Teniendo en cuenta que el peso es igual a W = m.g, en base a las ecuaciones anteriores se puede ver que la densidad y el peso especfico estn relacionados del siguiente modo:

La densidad de los materiales cambia, en mayor o menor grado, al variar las condiciones de presin y temperatura. Una gran parte de los materiales usados en la ingeniera se expanden cuando se les calienta. Como resultado la densidad de estas sustancias disminuye al aumentar la temperatura, hay algunos casos en que la densidad aumenta cuando se eleva la temperatura un determinado intervalo. Es el caso del agua en el intervalo de (0 - 4) C.

5) GRAVEDAD ESPECFICA (S) o DENSIDAD RELATIVA:

Numero adimensional que viene dado por la relacin del peso del fluido al peso de un volumen igual de una sustancia que se toma como referencia. Para el caso de lquidos la sustancia de referencia es el agua a 4 C.

En virtud a que la densidad y el peso especfico estn relacionados, la

densidad relativa tambin se puede definir como la relacin entre el

peso especfico de una sustancia y el peso especfico del agua a una

temperatura determinada.


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6) PRESION MEDIA Si hablamos de presin nos estamos refiriendo a la fuerza que acta

sobre una determinada rea: donde la presin de un fluido vendra a

ser la fuerza que acta sobre las paredes del contenedor del fluido,

pero esto solo servira para aquellos cuerpos y fluidos que estn en

reposo, a la cual llamamos presin hidrosttica.

7) VOLUMEN ESPECFICO (v):

Se denomina volumen especfico al volumen ocupado por la unidad de masa. Para un fluido homogneo se dee como:

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Mientras que en el caso general de un fluido inhomogneo tendremos que hablar de su valor en un punto.

Dnde:

- V, es el volumen - M, es la masa - , es la densidad del material

Se expresa en unidades de volumen sobre unidades de masa.

Unidades: en el Sistema Internacional m3 / N.

Se puede entender por volumen especfico al espacio que ocupa una unidad de masa de un fluido, ya sea en gramos kilogramos, etc. Tambin podramos decir que el volumen especfico es la inversa de la densidad


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8) LEYES DE LOS GASES

Se define como una sustancia que satisface la ley de los gases perfectos

P: presin absoluta

: Volumen especifico

R: constante de los gases perfectos

T: temperatura absoluta

Al aumentar el volumen, las partculas (tomos o molculas) del gas tardan ms en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas.

9) MODULO DE ELASTICIDA VOLUMETRICO (Ev):

EL mdulo de elasticidad volumtrico expresa la comprensibilidad de un fluido y se define como la accin entre la variacin de volumen por unidad de volumen.

Definido operacionalmente por la siguiente ecuacin:

E

Siendo el volumen ocupado por una determinada masa liquida y P por la presin que acta sobre la superficie que lo limita; d es el incremento (negativo) del volumen producido por un incremento (positivo) de la presin.

El mdulo de elasticidad presenta las siguientes dimensiones fundamentales:

!" # !"$!"

Unidades: iguales que las de presin.

p%& = RT


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Cuando se da los cambios de temperatura todos los lquidos tienden a alterarse con la temperatura y lo comprimido.

10) PRESIN DE VAPOR Para un lquido la presin de vapor, es la presin parcial que ejercen las

molculas de vapor del lquido en un espacio limitado dado.

Todos los lquidos tienen tendencia a vaporizarse. Las molculas de un lquido son continuamente expulsadas a la superficie y devueltas debido a sus vibraciones termales naturales.

La presin de vapor vara de un lquido a otro y depende de la temperatura.

11) TENSIN SUPERFICIAL

Una idea sobre lo que es la tensin superficial, obtenida en clase; es la fuerza requerida para mantener en equilibrio una pelcula de agua o capa especial, en la superficie de contacto entre un lquido y un gas, producindose por las fuerzas de atraccin de las molculas del lquido debajo de la superficie.

Es la fuerza necesaria para mantener la unidad de longitud de la

pelcula de un lquido en equilibrio.


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12) EJERCICIOS DE APLICACIN

1.-Hallar el valor del peso especfico () del aire a la presin atmosfrica,

al nivel del mar, a 15C.

Ecuacin de estado de los gases perfectos: ' . *+. $

Es decir, ,-../

' 10,3303/"

*+ 29.3

$ 15 8 273 288<

10330

29.3=288 >. ??@AB/CD

2.-La Glicerina a 20 C tiene una gravedad especfica de 1,263. Calcule

su densidad y su peso especfico.

Densidad:

= (S) (1000 kg/mF) = (1 ,263) (1000 kg/mF) = 1263 kg/GD

Peso especfico:

= (S) (9.81 kN/mF) = (1.263)(9.81 kN/mF) = 12.39kN/ mF= 12390 N/ GD


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BIBLIOGRAFA

FUNDAMENTOS DE LA MECANICA DE LOS FLUIDOS/Cuarta

Edicin/Pgs.: .14 18/Victor I. Streeter.

Robert L. Mott, Ciencia, Fsica, Mecnica de fluidos, traducido por Pedro Gmez-Esteban 2013/08/15

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