FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD TORREÓN UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE COAHUILA
Mecánica de Fluidos Propiedad de los fluidos Dr. Javier Naranjo
2016
Concepto de fluido La
mecánica de fluidos es el estudio de los fluidos tanto en movimiento como el reposo. Tanto gases como líquidos son considerados como fluidos, y el número de aplicaciones en ingeniería es enorme
Dr. Javier Naranjo
FIME-UT-UAdeC
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Fluidos
Los fluidos pueden ser de dos clases, gases y líquidos. La distinción entre estos se define técnicamente hablando sobre los efectos de las fuerzas cohesivas. Un líquido tiene grandes fuerzas cohesivas, tiende a retener un volumen pero tiene forma libre en un campo gravitatorio y su forma es confinada a la geometría. Un gas no tiene volumen definido y siempre ocupa el volumen de confinamiento haciendo una situación de hidrostática.
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Fluido como medio continuo
Los fluidos contienen moléculas, ampliamente espaciado en los gases y más cercanos en lo líquidos. La distancia entre moléculas es más grandes en comparación con el diámetro de las propias moléculas. Entonces la densidad del fluido o masa por unidad de volumen está calculada desde un una masa molecular δm a través de un volumen dado δV y el límite de esta razón cuando el volumen tiende a cero, es la densidad del fluido
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Propiedades del campo de velocidades
Hay dos tipos puntos de vista para el análisis de la mecánica. La primera es apropiada para el estudio de la mecánica de fluidos y concierne con el campo del flujo y es llamado el método euleriano. En el método euleriano se calcula el campo de presiones p(x,y,z,t) del patrón de flujo, no los cambios de presión p(t) que una partícula experimenta conforme ésta se mueve a través del campo. El segundo método el cual sigue a una partícula en movimiento a través del flujo y es llamado la descripción lagrangiana. El enfoque lagangiano es mucho más apropiado para la mecánica de sólidos.
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Anรกlisis Lagrangiano
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Anรกlisis Euleriano
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Campo de velocidades ï‚› V(x,y,z,t)=iu(x,y,z,t)+jv(x,y,z,t)+kw(x,y,z,t)
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Propiedades termodinámicas de un fluido
Tres principales propiedades
otras cuatro son importantes cuando existe intercambio de trabajo o calor:
la presión (p), la densidad (ρ) y la temperatura (T),
Energía interna (u), entalpía (h), entropía (s) y calores específicos (Cp y Cv).
Cuando existe fricción y conducción de calor se vuelven importantes las propiedades de transporte:
coeficiente de viscosidad (μ) y conductividad térmica (k).
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Viscosidad
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𝜏𝜏 = 𝜇𝜇
𝛿𝛿𝛿𝛿 𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝜇𝜇 𝛿𝛿𝛿𝛿 𝑑𝑑𝑑𝑑
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VariaciĂłn de la viscosidad con la temperatura ď‚› La
viscosidad de los gases incrementa con la temperatura. Dos aproximaciones son la ley de potencia y la ley Sutherland
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đ?œ‡đ?œ‡ ≈ đ?œ‡đ?œ‡0
��/��0
�� ��0
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3/2
��0 + �� �� + ��
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ď‚› La
viscosidad en lo lĂquidos decrece con la temperatura y es de forma exponencial ď‚› đ?œ‡đ?œ‡ ≈ đ?‘Žđ?‘Žđ?‘’đ?‘’ −đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? ď‚› Una buena aproximaciĂłn empĂrica es đ?œ‡đ?œ‡ ď‚› đ?‘™đ?‘™đ?‘™đ?‘™ đ?œ‡đ?œ‡0
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Técnicas de análisis de flujo básicas Volumen
de control o análisis integral Sistema infinitesimal o análisis diferencial Estudio experimental o análisis dimensional
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Leyes fundamentales
En todos los casos, el flujo debe satisfacer las tres leyes básicas de la mecánica más una relación de estado termodinámico y condiciones de frontera asociadas.
Conservación de masa (continuidad) Momentum lineal (Segunda ley de Newton) Primera ley de la termodinámica (Conservación de la energía) Relación de estado (Como ley de gases idelaes) Condiciones de frontera apropiadas en superficies sólidas, interfaces, entradas y salidas.
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