Mecanica de Fluidos Basico

5/8/2018 Mecanica de Fluidos Basico - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mecanica-de-fluidos-basico 1/36

PRINCIPIOS

DEAERODINAMICA

CAPITAN PA. SALVADOR ENRIQUE RIVAS ALFARO



FLUIDOS.

Fluido es aquella sustancia que debido a su poca

cohesión intermolecular, carece de forma propia yadopta la forma del recipiente que lo contiene.

Los fluidos se clasifican en líquidos y gases.

Los líquidos a una Temperatura (T) y Presión (P)determinadas ocupan un volumen determinado.

Los gases también ocupan un volumen

determinada al tener T y P., pero si se deja enlibertad, se expansionan hasta ocupar el volumencompleto del recipiente que los contiene y nopresentan superficie libre.



FLUIDOS.

En resumen:

- Los sólidos ofrecen gran resistencia al cambio deforma y volumen.

- Los líquidos ofrecen gran resistencia al cambio devolumen pero no de forma.

- Los gases ofrecen poca resistencia al cambio deforma y de volumen.

Por lo tanto, el comportamiento de los líquidos y

gases es similar en conductos cerrados.En general los gases son muy compresibles y aunque

el fluido incompresible no existe en realidad, muchosproblemas en ingeniería se resuelven suponiendofluidos incompresibles.



DENSIDAD ESPECIFICA O ABSOLUTA.

La densidad es la masa por unidad de volumen

Donde m es masa en kg.

V es volumen en m3 .La densidad absoluta es función de la temperatura y de lapresión

m

ρ = V



PESO ESPECIFICO.

Es el peso por unidad de volumen

Donde W es peso en N.

V es volumen en m3 .

El peso específico es función de la temperatura y dela presión (en los líquidos no varía con esta última)

W γ =

V



VOLUMEN ESPECIFICO.

Es el recíproco de la densidad absoluta

O sea, el volumen que ocupa 1 kg de masa de la sustancia

Para el caso del aire, a presión atmosférica y a 4° C, su densidadaproximada es de 1.3 kg/m3 .

Y su volumen específico es de 1/1.3 m3 /kg

1v =

ρ



COMPRESIBILIDAD.

En los fluidos al igual que en los sólidos, severifica la ley fundamental de la elasticidad:

El esfuerzo unitario es igual a la deformación

unitaria.

Consideraremos el esfuerzo unitario como elesfuerzo de compresión y la deformación unitaria

como una deformación en el volumen



VISCOSIDAD.

Entre las moléculas de un fluido existen fuerzas que sedenominan fuerzas de cohesión.

Al desplazarse unas moléculas con relación a otras seproduce una fricción entre ellas.

Entre las moléculas de un fluido en contacto con un

sólido y las moléculas de este cuerpo sólido existen fuerzasmoleculares denominadas fuerzas de adherencia.

El coeficiente de fricción interna del fluido se denominaviscosidad y se designa con la letra η (etta)



VISCOSIDAD.

En un fluido ideal la η = 0, y por lo tanto noexistirá resistencia alguna al movimiento de lasmoléculas o resistencia a la deformación.

La viscosidad, como cualquier otra propiedad

del fluido, depende del estado del fluidocaracterizado por al presión y la temperatura.



VISCOSIDAD CINEMATICA.

En aerodinámica, además de las fuerzas debidas a laviscosidad, intervienen otras fuerzas debidas a la densidad:

Fuerzas de Inercia.

Por ello, se relaciona la viscosidad dinámica referida a ladensidad, o sea la relación entre viscosidad dinámica (η) y ladensidad ( ρ), que se denomina viscosidad cinemática.

La viscosidad cinemática del aire varía mucho con la presión y con la temperatura

ηv = ρ



FLUIDO IDEAL.

En la realidad es imposible encontrar un fluido ideal. Enmecánica de fluidos se utiliza como una hipótesis para simplificar

las ecuaciones matemáticas en el estudio de la aerodinámica.

Fluido ideal es aquel cuya viscosidad es nula y se puedeexpresar por η = 0.

En ningún fluido real la viscosidad será nula, así un avión volando enaire ideal no experimentaría resistencia alguna.



PRESION.

Un cuerpo sólido de peso W , se encuentra en equilibrio sobreuna superficie plana, siendo A el área de contacto.

Se denomina presión del cuerpo (P) sobre la superficiehorizontal, debida a la fuerza vertical (W )a la relación:

P = W/A

El cuerpo está en equilibrio gracias a otra fuerza W y de

sentido contrario que la superficie plana ejerce sobre el cuerpoy que se denomina reacción R, la cual es normal a la superficie



PRESION.

PROPIEDADES

1. La presión en un punto de un fluido enreposo es igual en todas las direcciones.

P1

P1

P2

P2



PRESION.

PROPIEDADES

2. la presión en todos los puntos situadosen un mismo plano horizontal, en el seno deun fluido en reposo es la misma.

P1

P1

P2

P2

P

3

P

3



PRESION.

PROPIEDADES

3. En un fluido en reposo, la fuerza decontacto que ejerce en el interior del fluidouna parte del fluido sobre otra contigua,

tiene la dirección normal a la superficie decontacto.

F

F

1



PRESION.

PROPIEDADES

4. La fuerza de presión en un fluido enreposo, se dirige siempre hacia el interior del fluido, es decir es una compresión y

jamás una tracción.

P

P



PRESION.

PROPIEDADES

5. La superficie libre de un líquido enreposo es siempre horizontal

P



UNIDADES DE PRESION

En el Sistema Internacional:

1P = 1 N/ m2. (Pascal)En la práctica se utilizan pulgadas de mercurio o

mm de mercurio.

Podemos deducir una ecuación para pasarunidades de longitud de columna a unidades depresión:

Consideremos un recipiente de base horizontal A,lleno de líquido con densidad ρ hasta una altura h. Segúnla definición de presión:

P = W /A = V ρ g / A = A h ρ g / A = h ρ g

P = ρ g h



PRESION ATMOSFERICA

Sobre la superficie libre de un líquido actúa la

presión del aire o gas que sobre ella existe. Estapresión puede adquirir un valor cualquiera en unrecipiente cerrado; pero si el recipiente estáabierto, el valor corresponde a la presión

atmosférica existente y es igual al peso de lacolumna de aire sobre el punto del fluido.

La presión atmosférica varía con latemperatura y la altitud. La presión medianormal a 0° y al nivel del mar es de 760 mm Hg= 1.01396 bar



ECUACION FUNDAMENTAL DE LAHIDROSTATICA DE UN FLUIDO

INCOMPRESIBLESi aislamos una porción de fluido de base A y altura dh. lapresión en la base de la porción es p. la presión en la partesuperior de la porción es p + dp. La ecuación de equilibrio estadeterminada por

pA – (p + dp)A – ρg A dh = 0

dp------- = - g dh

ρ

si ρ es ctte. p1 - p2

--------- = g ( h2 – h1 )

ρ



ECUACION FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA DE UNFLUIDO INCOMPRESIBLE

pA – (p + dp)A – ρg A dh = 0

dp------- = - g dh

ρ

si ρ es ctte. p1 - p2--------- = g ( h2 – h1 )

ρ

p1 p2--- + h1 g = --- + h2 g

ρ ρ

como 1 y 2 son dos puntos en el seno de un fluido p

--- + h g = C ρ



ECUACION FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA DE UNFLUIDO INCOMPRESIBLE

p

--- + h g = C ρ

p+ ρgh = C

Trabajando esta ecuación y considerando un fluido en movimiento(energía cinética) se llega a la ecuación de Bernoulli para una línea de

corriente: ρ v2 p + ρgh + ------- = C

2



LINEAS DE CORRIENTE

TRAYECORIA DE LA PARTICULA

Se define como el camino que recorre una partícula defluido en su movimiento.

LINEA DE CORRIENTE

Se define a la curva tangente a los vectores velocidad encada punto del fluido.

en régimen permanente, la trayectoria coincide con lalínea de corriente, es decir que las velocidades en puntos 1,2 y 3 serán siempre v1, v2 y v3 y la partícula sigue unatrayectoria que coincide con la línea de corriente



REGIMENES DE CORRIENTE

CORRIENTE PERMANENTE Y CORRIENTE VARIABLE

PERMANENTE si en cualquier punto del espacio pordonde circula el fluido, no varían con el tiempo lascaracterísticas de este. (aunque varíen de un punto a

otro). En particular su velocidad y su presión.

ejemplo: corriente de agua continua en un canal dependiente uniforme

VARIABLE si sucede lo contrario.

ejemplo: vaciado de un depósito por un orificio defondo.




CORRIENTE UNIFORME Y NO UNIFORME

UNIFORME. Si en cualquier sección transversal ala corriente, la velocidad en puntos homólogos esigual en magnitud y dirección.

ejemplo: flujo de un fluido en un tubo dediámetro constante.

NO UNIFORME . En caso contrario.

ejemplo: cono divergente a la salida de unabomba. La velocidad disminuye a medida que lasección aumenta.




CORRIENTE LAMINAR Y TURBULENTALAMINAR, si es perfectamente ordenada, de

manera que el fluido se mueve en láminas paralelasque no se mezclan entre sí, es decir con

movimiento estratificado. Aceitedesplazándose enuna tuberíacircular de

diámetroconstante.




CORRIENTE LAMINAR Y TURBULENTA

TURBULENTA, si es desordenada y el fluido sedesplaza con líneas de corriente entrecruzadas,formando pequeños remolinos aperiódicos.

En el régimen turbulento se da mayor disipaciónde energía. Segmentos de

trayectorias dediversas partículas enun mismo espacio detiempo Trayectoria de una

sóla partícula



Haga clic para modificar el estilo de texto del patrónSegundo nivel

● Tercer nivel●

Cuarto nivel● Quinto nivel


Flujo laminar de un fluido perfecto entorno alperfil de un objeto



CAUDAL

El caudal Q es el volumen de fluido por unidad de tiempo que

pasa a través de una sección transversal a la corriente V

● Q = -----● t

Si queremos expresar el caudal en relación ala sección transversal que cruza:

V A dx Q = ----- = ------- = Av t t

●

Q=

el caudal es igual a la sección que

atraviesa por la velocidad en esasección



ECUACION DECONTINUIDADConsideramos para un hilo de corriente en régimen permanente,

donde:

No entra ni sale fluido lateralmente porque la velocidad estangencial al hilo de corriente

El hilo de corriente se considera estacionario

No se crea ni se destruye masa, por lo que la masa que entra es lamisma masa que sale por una sección transversal determinada

m ρV A dx

----- = Constante = ------- = ----------

t t t

● Q = Av



s

s,

V

V’

ECUACION DE CONTINUIDAD

S V = S’ V’

CAUDAL: AREA x

VELOCIDAD

S x V



Generalidades:

Donde hay flujo lento en un fluido, encontrará la presión (estática)

aumentada.

Donde hay un aumento de flujo en un fluido, encontrará la presión(estática) disminuida.

En un fluido estacionario el valor total de la presión se mantieneconstante.

La presión total está constituida por la presión estática y por lapresión dinámica.

Si la presión dinámica aumenta, la presión estática disminuye,Si la presión dinámica disminuye, la presión estática aumenta.



ECUACION DE BERNOULLILa ecuación de Bernoulli se deduce a partir de la ecuaciónfundamental de la hidrostática considerando un fluido enmovimiento.

Esta ecuación se aplica sólo a fluidos ideales e incompresibles quese mueven a régimen permanente.

Los puntos que se consideran para la deducción están situados enla misma línea de corriente.

• En un fluido ideal no hay viscosidad ni rozamiento,por lo que no se transforma energía hidráulica en

térmica.• Aunque la energía se puede transformar de una aotra, por el principio de conservación de la energía,la suma total de la energía que posee la partículadebe permanecer constante



ECUACION DE BERNOULLIConsiderando energías específicas, la suma de estas en un fluido ideal e incompresible secompone de:

Energía geodésica hg

Energía de presión p/ρ

Energía de velocidad v 2 /2

n La suma de estas energías debe permanecerconstante

P v 2------ + hg + ----- =

Constante ρ 2

ρ v 2P + ρhg + ----- =

Constante

2



TUBO DE VENTURI

Haga clic para modificar el estilo de texto del patrónSegundo nivel

●

Tercer nivel● Cuarto nivel

● Quinto nivel

Un tubo de venturi es usado para medir la velocidad del flujo deun fluido. En la garganta, el área es reducida de A1 a A2 y su

velocidad se incrementa de V1 a V2. En el punto 2, donde lavelocidad es máxima, la presión es mínima. Esto lo sabemos dela ecuación de Bernoulli.



ECUACION DE CONTINUIDADAPLICADA A UN PERFIL ALAR.

“Si las líneas de corriente se juntan al pasar sobre cualquier

superficie del avión, la velocidad del flujo del aire ha aumentado,si se separan , la velocidad ha disminuido.

Mecanica de Fluidos Basico

Documents

Transcript of Mecanica de Fluidos Basico