PRIMERA UNIDAD

1.1. Definicin y naturaleza de los fluidos.1.2. Clasificacin de los Fluidos.1.3. Propiedades de los fluidos1.4. Comportamientode los fluidos.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

1.1 DEFINICIN DE FLUIDOUn fluido es una sustancia capaz de fluir, por lo que el trmino "fluido" engloba a lquidos y gases. Hay fluidos que fluyen tan lentamente que se pueden considerar slidos, como el vidrio o el asfalto.No existe una lnea divisoria entre los lquidos y los gases, porque cambiando la presin y la temperatura unos cambian en otros.Una definicin ms formal: "un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeo que sea el esfuerzo aplicado".

En primera instancia se presenta la aplicacin de las leyes, propiedades y principios que rigen el comportamiento de los fluidos, utilizando el conocimiento de las ciencias fsico matemticas y de las ciencias de la ingeniera.

Lamecnica de fluidoses la rama de lamecnica de medios continuos, rama de lafsicaa su vez, que estudia el movimiento de los fluidos (gasesylquidos) as como las fuerzasque lo provocan.La caracterstica fundamental que define a losfluidoses su incapacidad para resistiresfuerzos cortantes(lo que provoca que carezcan de forma definida). Tambin estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita.

1.2. Clasificacin de los FluidosLos fluidos se clasifican en lquidos y gaseosos. Por otra parte los podemos clasificar en base a su densidad que son fluidos viscosos y no viscosos.La definicin de viscosidad esTipos de fluidos - Newtonianos- No Newtonianos- ViscoelsticosFludos Newtonianos Proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformacin

Fluidos No Newtonianos -No hay proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformacin -Dependientes del tiempo -Independientes del tiempo

ViscoelsticosSe comportan como lquidos y slidos, presentando propiedades de ambos

1.3 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSDENSIDAD->se define como masa por unidad de volumen:

Sus dimensiones fsicas sony sus unidades en el S.I. son kg/m3VOLUMEN ESPECFICO(Vs) es el inverso de la densidad y se define como el volumen ocupado por la unidad de masa del fluido:

Sus dimensiones fsicas sony sus unidades en el S.I. son m3/kgPESO ESPECFICO() es el peso del fluido por unidad de volumen:

Cambia de lugar dependiendo de la magnitud de la aceleracin de la gravedad g.Sus dimensiones fsicas sony sus unidades en el S.I. son N/m3GRAVEDAD ESPECFICA(S) Llamada tambin "densidad relativa", es la relacin entre el peso especfico de un volumen de fluido y el peso especfico del mismo volumen de agua en condiciones estndar de presin y temperatura.

Es adimensional.

PRESIN DE VAPORLos lquidos se evaporan debido a que las molculas se escapan de su superficie. Las molculas de vapor ejercen una presin parcial en el espacio que las rodea conocida como "presin de vapor".Si el espacio encima de la superficie del lquido es limitado, como cuando se tiene una botella de agua medio llena, despus de un cierto tiempo la cantidad de molculas que salen del lquido es la misma que el nmero de molculas que golpean la superficie y se condensan, llegando al equilibrio. Como sto depende de la actividad molecular y sta es funcin de la temperatura, la presin de vapor de un fluido depender de la misma y aumentar con ella.Cuando la presin por encima de un lquido es igual a la presin de vapor del lquido, se produce la ebullicin a temperaturas bajas. Este fenmeno se denomina "cavitacin", la cual consiste en la formacin de una cavidad de vapor en rpida expansin que es barrida lejos de su punto de origen y penetra regiones donde la presin es superior a la presin de la cavidad, produciendo su implosin. Este fenmeno afecta a las bombas hidrulicas y a las turbinas.

www.sabelotodo.org/termicos/presionvapor.html

TENSIN SUPERFICIALUna molcula en el interior de un lquido est sometida a fuerzas de atraccin en todas las direcciones, siendo la resultante de dichas fuerzas igual a cero. Sin embargo, una molcula situada en la superficie de un lquido se ve sometida a una fuerza de cohesin neta perpendicular a la superficie y hacia el interior del fluido. Como se necesita realizar un trabajo para mover una molcula del interior hacia la superficie, en contra de dicha fuerza de cohesin neta, las molculas superficiales tienen ms cantidad de energa mecnica que las molculas del interior del lquido. La superficie se comporta como una capa especial del fluido con propiedades elsticas debido a las fuerzas de cohesin entre las molculas de la superficie.

Desde el punto de vista energtico, se define "tensin superficial" de un lquido como el trabajo que se debe realizar para traer suficientes molculas desde el interior del fluido hacia la superficie, para formar una nueva unidad de rea en dicha superficie.Desde el punto de vista elstico, la tensin superficial es una fuerza de estiramiento, esto es, la fuerza elstica transversal por unidad de longitud de la capa superficial del lquido.Las dimensiones fsicas de la tensin superficial sony sus unidades en el S.I. son N/m. y qu pasa en la superficie de una gota de agua?Imaginate una pequea gota de agua sobre la mesa. Podemos considerar que es una semiesfera de radio r. La diferencia de presiones interna piy externa pe(), necesaria para equilibrar la fuerza debida a la tensin superficial T es:

Esta expresin se obtiene del balance de fuerzas:

y en una burbuja?En este caso tenemos dos superficies, una interior y otra exterior. La diferencia de presiones interna piy externa pe() a la burbuja, necesaria para equilibrar la fuerza debida a la tensin superficial T en las dos superficies es:

La cual se obtiene del balance de fuerzas:

CAPILARIDADUno de los efectos ms curiosos producido por la tensin superficial en lquidos es el fenmeno de la capilaridad.Imagnate un tubo de vidrio muy fino, el cual lo sumergimos parcialmente en un fluido. Si observamos atentamente el comportamiento del lquido junto a las paredes del tubo podemos observar uno de estos dosfenmenos:

Si observamos el fenmeno A, decimos que el lquido moja el vidrio. Esto ocurre cuando, por ejemplo, tenemos agua en un recipiente y le introducimos un tubo delgado. Vemos cmo el agua penetra en el interior del tubo y alcanza una altura superior al nivel que tiene el agua en el recipiente. Es como si las partculas de agua treparan por las paredes del tubo, mojndolas.Si observamos el fenmeno B, decimos que el lquido no moja el vidrio. Supongamos que tenemos mercurio en un recipiente y le introducimos un tubo muy fino. El mercurio penetra en el tubo pero su superficie libre no alcanza el nivel del lquido dentro del recipiente. Es como si al mercurio le costara trepar por las paredes del tubo.Estos dos fenmenos dependen de las magnitudes relativas de las fuerzas de cohesin entre las partculas del fluido y las fuerzas de adhesin de las partculas del fluido a las paredes del recipiente. En A las fuerzas de adhesin son mayores que las de cohesin y en B las fuerzas de cohesin son mayores que las de adhesin.La capilaridad es muy importante cuando se usan tubos cuyo dimetro es inferior a 10 mm.Para poder cuantificar la capilaridad se mide la diferencia de altura h entre la superficie libre del lquido en el recipiente y el nivel alcanzado por el lquido dentro del tubo. Pero a qu se debe esta diferencia de alturas? pues aun balance entre la fuerza debida a la tensin superficial y el peso de la columna de fluido dentro del tubo:

La componentevertical de la fuerza debida a la tensin superficial T es:

y el peso de la columna es:

Igualando ambas fuerzas y despejando h, obtenemos:

VISCOSIDADEsta propiedad es una de las ms importantes en el estudio de los fluidos y se pone de manifiesto cuando los fluidos estn en movimiento.La viscosidad de un fluido se define como su resistencia al corte. Se puede decir que es equivalente a la friccin entre dos slidos en movimiento relativo.Cuando deslizamos un slido sobre otro, es preciso aplicar una fuerza igual en direccin y magnitud a la fuerza de rozamiento pero de sentido opuesto:,Donde (es el coeficiente de rozamiento y () es la fuerza normal, para que el slido se mueva con velocidad constante () en direccin, sentido y magnitud.En el caso de un fluido, consideremos un par de placas de vidrio, lo suficientemente grandes como para despreciar un posible efecto de borde, y separadas una distancia pequea (h). Entre estas placas introducimos un fluido. Aplicamos una fuerza tangente o de cizalla () a la placa de arriba (I) haciendo que sta se deslice con respecto a la placa de abajo (II), la cual permanece en reposo.

Debido a la accin de la fuerza externa (), el fluido que hay entre las dos placas tambin se mover, pero con un flujo laminar cuya velocidad es constante por capas.Para que la placa (I) se mueva con velocidad constante (), la fuerza aplicada sobre ella debe oponerse a la fuerza viscosa del fluido, la cual representa la resistencia del fluido al movimiento.La capa de fluido en contacto con la placa (I) se mueve con su misma velocidad (), y la capa de fluido en contacto con la placa (II) permanecer en reposo. As, podemos observa que la porcin de fluido a-b-c-d fluir a una nueva posicin a-b-c-d.

Experimentalmente se puede demostrar que la fuerza externa () es proporcional al rea de la placa de arriba y a la velocidad mxima del fluido, mientras que es inversamente proporcional a la distancia entre las placas:

Donde () es la viscosidad del fluido yes la rapidez de deformacin angular del fluido.En trminos de energa, la energa cintica asociada al flujo del fluido puede ser transformada en energa interna por fuerzas viscosas. Cuanto mayor sea la viscosidad, ms grande ser la fuerza externa que es preciso aplicar para conservar el flujo con velocidad constante.Como la distancia (h)es muy pequea y la velocidad () tambin,podemos aproximar la ecuacin anterior a:

y en el lmite tendremos:

Dondees el esfuerzo de cizalla, el cual es proporcional a la rapidez de deformacin angular para el flujo unidimensional de un fluido, mediante la constante de viscosidad (), la cual es caracterstica de cada fluido. Este resultado se conoce como Ley de Viscosidad de Newton.Mediante esta Ley, los fluidos se pueden clasificar en fluidos newtonianos y fluidos no-newtonianos. Los primeros cumplen la Ley de Viscosidad de Newton, es decir, en ellos, la relacines una relacin lineal y, por tanto,es constante. En los fluidos no-newtonianos la viscosidadno es constante.Cuando el valor dees cero, se dice que el fluido es no viscoso. Si, adems, el fluido es incompresible, se dice que es un fluido ideal.Como ejemplos de fluidos muy viscosos tenemos la melaza, la miel y la brea. El agua es un ejemplo de fluido con viscosidad muy pequea.Y cul es la relacin entre la viscosidad y la temperatura?En un lquido, la viscosidad disminuye cuando aumenta la temperatura, pero en un gas, la viscosidad aumenta cuando aumenta la temperatura a qu es debido esto?.La resistencia de un fluido al corte depende de dos factores importantes:Las fuerzas de cohesin entre las molculasLa rapidez de transferencia de cantidad de movimiento molecularLas molculas de un lquido presentan fuerzas de cohesin de mayor magnitud que las que presenta un gas. Dicha cohesin parece ser la causa ms predominante de la viscosidad en lquidos. Cuando aumenta la temperatura de un lquido, aumenta la energa cintica de sus molculas y, por tanto, las fuerzas de cohesin disminuyen en magnitud. Esto hace que disminuya la viscosidad.En un gas, la magnitud de las fuerzas cohesivas entre las molculas es muy pequea, por lo que la causa predominante de la viscosidad es la transferencia de la cantidad de movimiento molecular. Expliquemos qu es esto.Vamos a imaginar un gas. Trazamos una superficie imaginaria y observamos que, atravs de dicha superficie, se va a producir un intercambio continuo de molculas. Si tenemos dos capas adyacentes de gas, habr transferencia de cantidad de movimiento molecular y dicha transferencia ejercer esfuerzos de cizalla sobre ambas capas, los cuales retrasarn los movimientos e intentar igualar las velocidades relativas entre ambas capas.Como vemos, en un gas, la actividad molecular da lugar a esfuerzos de cizalla cuyas magnitudes son ms importantes que las fuerzas cohesivas y, como la actividad molecular aumenta cuando se eleva la temperatura, al aumentar sta se producirn mayores esfuerzos de cizalla aumentando, en consecuencia, la viscosidad del gas.Cuando un fluido est en reposo la rapidez de deformacin angulares cero, y no existen esfuerzos de cizalla, cualquiera que sea la viscosidad del fluido. Los nicos esfuerzos que existen son esfuerzos normales (presin hidrosttica)Tipos de viscosidad:Viscosidad absoluta o dinmica:-Unidades en el S.I.: N s/m2-Unidades en elcgs:dina s/cm2(poise)

Viscosidad cinemtica: es la relacin entre la viscosidad

absoluta y la densidad de masa del fluido-Unidades en el S.I.:m2/s-Unidades en elcgs:cm2/s(stoke)

1.4 COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOSEl anlisis puntual est orientado a establecer un modelo matemtico del comportamiento del fluido, lo que permita conocer a detalle lo que ocurre en cada punto, para ello se establece ecuaciones bsicas. basadas en los conceptos fsicos. a mecnica de fluidos se ha dividido en diferentes ramas que cubren diferente aspectos de la ingeniera, la fsica, las matemticas, etc. Estn destinadas a solucionar problemas de la vida cotidiana as como para desarrollar nueva tecnologa y descubrir nuevos campos de la ciencia.AERODINAMICALa aerodinmica es una parte muy importante en el comportamiento de los fluido ya que general mente se encarga del movimiento del aire a travs de un cuerpo rgido y mejorando con este el despulsamiento del mismo.

SUPERSNICAEstos es muy importante la rama de la aerodinmica, se ocupa de los fenmenos que tienen lugar cuando la velocidad de un slido supera la velocidad del sonido en el medio generalmente aire en que se desplaza.ONDAS DE CHOQUEEste ocupa su lugar en los proyectiles de artillera ya que revelan la naturaleza de las perturbaciones atmosfricas encontradas durante el vuelo. A velocidades subsnicas, por debajo de Mach 0,85, la nica perturbacin atmosfrica es una turbulencia en la estela del proyectil.

BIBLOGRAFIAhttp://www.monografias.com/trabajos12/mecflui/mecflui.shtml