MECANICA DE FLUIDOS Secci贸n A Ing. Ma. Elisa Duarte S. meduarte1975@gmail.com
CAPITULO 1 Introducción
Fluidos Clasificación de Fluidos Nota Histórica Importancia de La Mecánica de Fluidos Tendencias de La Mecánica de Fluidos
Mecánica de fluidos
Es la ciencia de la ingeniería que estudia el comportamiento de los fluidos ante la acción de determinadas fuerzas , en reposo y en movimiento.
QUE ES UN FLUIDO? Definición amigable: Es una sustancia que se deforma continuamente y se acomoda al recipiente que lo contiene. Definición técnica: Es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a un esfuerzo cortante, si importar que tan pequeño sea ese esfuerzo cortante.
ESTADOS DE LOS FLUIDOS
LÍQUIDO: materia en estado continuo que se acomoda al recipiente que lo contiene y escurre si está libre. GASEOSO: se refiere a la materia en un estado que se expande o reduce de acuerdo a lo hermético del recipiente donde está. Si está libre sube a la atmósfera. SÓLIDOS: estado estático de la materia que se deforma con el tiempo o por fuerzas extremas.
CAPITULO 2 Propiedades de Los Fluidos Unidades Básicas Longitud Masa o Fuerza Tiempo Temperatura
Todas las propiedades de los fluidos se expresan en términos de estas unidades básicas.
Ejemplo de Unidades y Dimensiones
Ejemplo: el trayecto que nos lleva de una ciudad a otra tiene longitud, pero esta longitud es de 50 km. En este caso la longitud será la dimensión, 50 será la unidad y km la dimensional. Darle nombre a las dimensiones es especificar qué sistemas de unidades usamos, tales como SI o el Inglés.
SISTEMAS DE UNIDADES
El continuo esfuerzo de los científicos por desarrollar un sistema de unidades que les permita comprender los resultados experimentales provenientes de cualquier parte del mundo, los ha llevado a establecer parámetros y patrones que deben seguirse al momento de llevar a cabo mediciones.
Sistema Internacional En el Sistema Internacional la unidad de masa es el kilogramo (kg); la de tiempo es el segundo (s); la de longitud el metro (m); y la de temperatura el Kelvin (K). ď Ž Donde la Fuerza expresada en Newtons es una unidad derivada. ď Ž
Temperatura Absoluta Se mide en Kelvin (K). 0 K es el cero absoluto, la temperatura más baja posible 273.16 K es la temperatura de congelación del agua (0°C) K = 273 + °C
Prefijos del Sistema SI
Se utilizan para indicar la multiplicación de unidades por potencias de 10. Los más comunes son: G(giga) = 109 M(mega) = 106 k(kilo) = 103 c(centi) = 10-2 m(mili) = 10-3 µ(micro) = 10-6
Sistema Ingles En
el sistema inglés son el slug o lbm (1 slug = 32.2 lbm), segundo (s), pie (ft), grados Farenheit (°F). Donde la fuerza se expresa en lbf; también es una unidad derivada (slug*ft/seg2).
Temperatura Absoluta Se mide en grados Rankine (°R). 0°R es el cero absoluto, la temperatura más baja posible 460 °R es la temperatura de congelación del agua (32°F) °R = 460 + °F
Relaciones de temperatura
°R= °F + 460 K= °C + 273
°F = (9/5) °C +32
°C = (5/9) (°F-32)
Propiedades Extensivas e Intensivas
Extensivas: Las que tienen relación con la cantidad de masa, por ejemplo, M, W (por lo general se representan con mayúsculas.
Intensivas: Independientes a la cantidad de masa, por ejemplo, ρ, γ (por lo general se representan con minúsculas.
Propiedades Relacionadas con La Masa
Densidad (⍴) = masa por unidad de volumen. Peso específico (γ) = peso por unidad de volumen. γ = ⍴g Variación en la Densidad:
Fluidos incompresibles: líquidos Homogéneos: densidad constante No homogéneos: partes más concentradas que otras.
Fluidos compresibles: gases
Propiedades Relacionadas con La Masa
Gravedad específica (S) = razón entre peso específico del fluido en estudio y peso específico del agua como sustancia patrón. S = γfluido/γagua = ρfluido/ρagua Es adimensional, independiente al sistema de unidades utilizado. S > 1 indica un fluido más denso que el agua. S < 1 indica un fluido menos denso que el agua.
Ley de los gases ideales P= donde
ρRT
ρ es la densidad, R es la constante del gas, T la temperatura y P la presión, deben expresarse en valores absolutos.
Ejemplos Calcule la densidad y el peso específico del bióxido de carbono a una presión absoluta de 300 kN/m2 y 60°C. De la tabla: R CO2 = 189 J/KgK ρ = P/(RT) = (300,000)/(189*(60+273)) ρ = 4.767 kg/m3 γ = ρg = 4.767 * 9.81 = 46.764 N/m 3
Tabla
Se almacena gas natural en un tanque esférico a una temperatura de 10°C, a una presión de 100kPa manométricos dentro del tanque y una presión atmosférica de 100kPa. Transcurrido el tiempo, al bombear más gas, a temperatura constante la presión manométrica aumenta a 200 kPa dentro del tanque. ¿Cuál será la relación entre la masa del gas del tanque con presión de 200 kPa, respecto a la masa en el inicio con la presión de 100 kPa?
M = Ď *V = (P/(RT))*V M2/M1 = (P2 /(RT))*V (P1 /(RT))*V La constante (R), el volumen del tanque (V), y la temperatura (T) son constantes. M2/M1 = P2 / P1 = (200+100)kPa/(100+100)kPa M2/M1 = 300/200 M2/M1 = 1.5
Cuál es el peso de un tanque de oxígeno de 4 ft3 si el oxígeno está presurizado a 200 psia, el tanque en sí pesa 100 lbf y la temperatura es de 50°F? De la tabla, Roxígeno = 1555 ft-lbf/slugs/°R La presión es absoluta pero está dada en psi, por lo que se debe convertir a psf con el factor 1psi = 144psf. Pabs = 200 psi * 144 psf/psi = 28,800 psf Tabs = °F + 460 = 50 + 460 = 510 °R
ρ = P/(RT) = 28,800/(1555*510) = 0.0363 slugs/ft3 γ = ρg = 0.0363 * 32.2 = 1.69 lbf/ft3
Woxígeno = γ*V = 1.69*4 = 4.68 lbf
Wtotal = 4.68 + 100 = 104.68 lbf
Para entregar: ¿Cuáles son el peso específico y la densidad del aire a una presión absoluta de 445 kPa y una temperatura de 38 °C? Estimar la masa de 1 mi3 de aire en slugs y kilogramos, utilizar datos de las tablas.