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MECNICA DE FLUIDOSProf. Danis HernndezUniversidad Valle del Momboy

2010

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Ambito de la Mecnica de Fluidos

Existen dos tipos de fluidos: gases y lquidos, siendo el aire y el agua los ms comunes. En muchos aspectos de nuestra vida diaria esta presente la mecnica de fluidos, como en el flujo de tuberias y canales, los movimientos del aire y de la sangre en el cuerpo, el movimiento de proyectiles, los chorros, las ondas de choque, etc. Prof. Danis Hernndez

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Definicin

Es la rama de la ingeniera que trata del comportamiento de los fluidos (lquidos, gases y vapores), es a su vez, una parte de una disciplina ms amplia llamada Mecnica de Medios Continuos, que incluye tambin el estudio de slidos sometidos a esfuerzos. Prof. Danis HernndezMECNICA DE FLUIDOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos RAMAS DE LA MECNICA DE FLUIDOSProf. Danis HernndezMECNICA DE FLUIDOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Esttica de FluidosEs el estudio de la mecnica de fluidos en reposo, es decir, trata a los fluidos en el estado de equilibrio sin esfuerzo cortante.Dinmica de FluidosEs el estudio de la mecnica de fluidos que trata de las relaciones entre velocidades y aceleraciones y las fuerzas ejercidas por o sobre fluidos en movimiento.CinemticaEs el estudio de la mecnica de fluidos que trata de las velocidades y las lineas de corriente sin considerar fuerzas y energas.

Prof. Danis HernndezMECNICA DE FLUIDOS


Un fluido puede definirse como una sustancia que no resiste, de manera permanente, la deformacin causada por una fuerza, por tanto, cambia de forma. Prof. Danis HernndezFLUIDOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Comportamiento de los fluidos

El comportamiento de los fluidos es importante para los procesos de ingeniera en general y constituye uno de los fundamentos para el estudio de las operaciones industriales. El conocimiento de los fluidos es esencial, no solamente para tratar con exactitud los problemas de movimento de fluidos a travs de tuberas, bombas, etc; sino tambin para el estudio de flujo de calor y muchas operaciones de separacin que dependen de la difusin y la transferencia de materia.Prof. Danis HernndezFLUIDOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Reologa

La Reologa es la ciencia del flujo que estudia la deformacin de un cuerpo sometido a esfuerzos externos .Su estudio es esencial en muchas industrias, incluyendo las de plsticos, pinturas, alimentacin, tintas de impresin, detergentes o aceites lubricantes, por ejemplo.

Prof. Danis HernndezFLUIDOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Reologa

Prof. Danis HernndezFLUIDOSFigura N1: Algunos tipos de comportamiento reolgicos

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Densidad=m/v Lquidos, slidosPeso especfico=*g Lquidos, slidosVolumen especficoV=V/n Gases, vaporesV=V/m Lquidos, slidosV=1/ Densidad relativa= i/ H2O Lquidos= i/ H2,Aire Gases, vapores

Prof. Danis HernndezPROPIEDADES DE LOS FLUIDOSi: densidad de la sustanciaH2O: densidad del agua =1000Kg/m3=1g/mlH2,Aire: densidad de hidrogeno gaseoso del aire

COMPRESIBILIDADINCOMPRESIBLESSi se ve poco afectado por los cambios de presin. Su densidad es constante para los clculos. La mayora de los lquidos son incompresibles. Los gases tambien pueden ser considerados incompresibles cuando la variacin de la presin es pequea en comparacin con la presin absoluta. :constanteFluidosUNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Prof. Danis HernndezCOMPRESIBLES

Cuando la densidad de un fluido no puede considerarse constante para los clculos bajo condisiones estticas como en un gas. La mayora de los gases se consideran como fluidos compresibles en algunos casos donde los cambios de T y P son grandes. :variable

HidrostticaAerosttica

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Compresibilidad de un Lquido La compresibilidad es el cambio de volumen debido a un cambio de presin. Para un lquido es inversamente proporcional a su mdulo de elsticidad volumtrico, tambin denominado: Coeficiente de Compresibilidad.

Ev = -vdP/dv = -(v/dv)*dP [=] psia

Ev: en tablas a diferentes T y P Prof. Danis HernndezCOMPRESIBILIDAD

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Compresibilidad de un Gas La compresibilidad es el cambio de volumen debido a un cambio de presin. Para un gas involucra el tipo de proceso P*v=constanteEv = -vdP/dv = nP [=] psian=1 procesos isotrmicosn=K procesos adiabticos-isentrpicos

Prof. Danis HernndezCOMPRESIBILIDAD

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Ecuaciones de estado de los gases perfectos Las propiedades de un gas cumplen ciertas relaciones entre s y varan para cada gas. Cuando las condiciones de la mayora de los gases reales estn alejadas de la fase lquida, estas relaciones se aproximan a la de los gases perfectos ideales. Los gases perfectos se definen de la forma usual, aquellos que tienen calor especfico constante y cumple la Ley de los Gases Ideales.

Prof. Danis HernndezGASES PERFECTOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Ley de los Gases Ideales

P*V=n*R*T

P:presin del gasV: volumen del gasn: nmero de moles del gasR: constante de los gases ideales=0.0821 atm.L/gmol.KT: temperatura del gas


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Para un volumen especfico

P*v = R*T v = 1/P/ =R*T 1era Ecuacin de Estado


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Densidad de un Gas

P*V=n*R*T n= m/PM

P*V= (m*R*T)/PMP*PM= (m*R*T)/V m/V=

gas = (P*PM)/(R*T) Densidad de un Gas


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Para el peso especfico =*gP/ =R*T /g=Sustituyendo:

gas = (g*P)/(R*T) 2da Ecuacin de Estado


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Ley de Avogadro

Establece que todos los gases a la misma temperatura y presin bajo la accin de la gravedad (g) tiene el mismo nmero de molculas por unidad de volumen, de donde se deduce que el peso especfico de un gas es proporcional a su peso molecular (PM).

2/1=PM2/PM1=R1/R2

R1 y R2: dependen de la sustancia y se encuentra en tablas.


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Ecuacin de Proceso para un Gas PerfectoP*vn = P1*v1n = P2*v2n = constanteDonde n: es cualquier valor no negativo entre cero e infinito segn el proceso que sufra el gas. Isotrmico n: 1Adiabtico-Reversible n:kk=Cp/Cv relacin entre el calor especfico a presin y volumen constante.


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Ecuacin de Proceso para un Gas PerfectoP*v n= P1*v1 n = P2*v2 n = constante

Obteniendose la ecuacin de proceso segn la propiedad deseada:

(T2/T1)=(v1 /v2 )n-1=(2/ 1)n-1=(P2/P1)(n-1)/n


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Fluido Ideal

Un fluido ideal se puede defirnir como un fluido en el que no existe friccin, es no viscoso, es decir, su viscosidad es cero. Por tanto, las fuerzas internas en cualquier seccin dentro del mismo son siempre normales a la seccin, incluso si hay movimiento. Aunque no existe tal fluido en la prctica, muchos fluidos se aproximan al flujo sin friccin a una distancia razonable de los contornos slidos, por lo que sus comportamientos muchas veces se pueden analizar suponiendo la propiedades de un fluido ideal.

Prof. Danis HernndezVISCOSIDAD

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Fluido Real

Un fluido real, lquido o gas, se generan fuerzas tangenciales o cortantes siempre que se produzca movimiento relativo a un cuerpo, dando lugar a la friccin en el fluido, ya que estas fuerzas oponen el movimiento de una particula respecto a otra. Estas fuerzas de friccin dan lugar a a una propiedad del fluido denominada Viscosidad.



La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a la deformacin cortante o angular. Las fuerzas de friccin en un fluido en movimiento son el resultado de la cohesin y del intercambio de la cantidad de movimiento entre molculas.

Al aumentar T la viscosidad de todo lquido disminuye, la viscosidad de todo gas aumenta.


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Esfuerzo Cortante

Es la componente de la fuerza tangente a una superficie, es el valor lmite de la fuerza por unidad de rea a medida que el rea se reduce a un punto.

= F/A


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Esfuerzo Cortante

El comportamiento de la grfica anterior se explica como si el fluido se constituyera de una serie de capas finas, cada una de las cuales se desliza un poco en relacin a la siguiente.

F (A*u)/y constante de proporcionalidad : viscosidad

= F/A= *(u/y) = (du/dy) = (du/dy) Ley de Viscosidad de Newton


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Viscosidad del Fluido

= (du/dy) Ley de Viscosidad de Newton

= /(du/dy) Viscosidad del fluido (coeficiente de viscosidad, viscosidad absoluta)

c= / Viscosidad cinemtica



Es la fuerza de tensin requerida para formar una pelcula en la interfase entre un liquido y un gas, o dos lquidos no miscible, debida a la atraccin de las molculas del lquido por debajo de la superficie.

La accin de la tensin superficial es incrementar la presin dentro de una pequea gota de lquido.

Prof. Danis HernndezTensin Superficial

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos

FIN DE LA UNIDAD I-IIProf. Danis Hernndez

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Si una atmsfera artificial se compone de oxgeno gaseoso en un 20% y nitrogeno gaseoso en 80% a 14,7 psia y 60 F. Calcule cuales son:

a) El peso especfico y la presin parcial del oxigeno gaseosob) El peso especfico de la mezcla

Prof. Danis HernndezEJERCICIOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos O2: 20% Total: tabla RO2=1554 ft2/s2*RN2: 80% 100% RN2=1773 ft2/s2*R

gas = (g*P)/(R*T)Para el oxigeno: O2= (g*P)/(RO2*T)

O2= [32,2 (ft/s2)*14,7 (lbf/pulg2).(144 pulg2/1ft2)] / [1554 ft2/s2*R *(60+460)R]

O2= 0,0843 lbf/ft3 100%


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Para el nitrogeno: N2= (g*P)/(RN2*T)

N2= [32,2 (ft/s2)*14,7 (lbf/pulg2).(144 pulg2/1ft2)] / [1773 ft2/s2*R *(60+460)R]

N2= 0,0739 lbf/ft3 100%

O2= (0.20)*0,0843 lbf/ft3 = 0,01687 lbf/ft3 20%N2= (0.80)*0,0739 lbf/ft3 = 0,05912 lbf/ft3 80%


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Para el nitrogeno: N2= (g*P)/(RN2*T)

N2= [32,2 (ft/s2)*14,7 (lbf/pulg2).(144 pulg2/1ft2)] / [1773 ft2/s2*R *(60+460)R]

N2= 0,0739 lbf/ft3 100%

O2= (0,20)*0,0843 lbf/ft3 = 0,01687 lbf/ft3 20%N2= (0,80)*0,0739 lbf/ft3 = 0,05912 lbf/ft3 80%


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos PO2= (O2* RO2*T) / g

PO2= [0,01687 (lbf/ft3) * 1554 (ft2/s2*R) * 520 R] / [32,2 ft/s2]

PO2= 423,11 lbf / ft2 = 2,94 psia

mezcla= O2 + N2

mezcla= 0,01687 lbf/ft3 + 0,05912 lbf/ft3

mezcla= 0,07599 lbf/ft3


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Una separacin de una pulgada entre dos superficies planas horizontales se llena de aceite de lubricacin SAE 30 western a 80F. Cual es la fuerza requerida para arrastrar una placa muy fina de 4 ft2 de superficie por el aceite a una velocidad de 20 ft/min si la placa se encuentra a 0,33 pulg de una de las superficies?


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos T=80F Grfica = 0,0063 lbf*s/ft2

F=? A=4 ft2 ; U= 20 ft/min 1 pulg 0,33 pulg

= F/A

= (du/dy) Ley de Viscosidad de NewtonProf. Danis HernndezEJERCICIOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos T=80F Grfica = 0,0063 lbf*s/ft21 = (du/dy1) 0,33 pulg2 = (du/dy2) 0,67 pulg

1 = 0,0063 lbf*s/ft2 *[(20 ft/min)*(1min/60s)] / [0,33pulg*(1ft/12pulg)]

1 = 0,0764 lbf/ft2 Prof. Danis HernndezEJERCICIOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos T=80F Grfica = 0,0063 lbf*s/ft22 = (du/dy2) 0,67 pulg

2 = 0,0063 lbf*s/ft2 *[(20 ft/min)*(1min/60s)] / [0,67pulg*(1ft/12pulg)]

2 = 0,0376 lbf/ft2 Prof. Danis HernndezEJERCICIOS

UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos = F/AF1 = 1*A = 0,0764 lbf/ft2 *4 ft2 = 0,306 lbfF2 = 2 *A= 0,0376 lbf/ft2 *4 ft2 = 0.15 lbf

Ft = F1 + F2 = 0,306 lbf + 0.15 lbf

Ft = 0,456 lbf


UNIDAD I-II: Conceptos Bsicos - Propiedades de los Fluidos Para el oxigeno gaseoso clcule: a) Clcule la densidad, peso especfico y volumen especfico del oxigeno gaseoso a 100F y 15 psia. b) Cuales seran la Temperatura y Presin de este gas si se comprimiese isentrpicamente al 40% de su volumen original?c) Si el proceso descrito en la parte b) hubiera sido isotrmico, cuales seran la temperatura y presin?


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