MECANICA DE FLUIDOS Aula 01

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.