CURSO : MECANICA DE FLUIDOSDOCENTE: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA

TEMA 1: PROPIEDADESDE LOS FLUIDOS

Definicin La mecnica de fluidos es la ciencia que se ocupa del estudio de los fluidos, tanto en reposo como en movimiento, aplicando las leyes de la mecnica y de la fsica.

Para la aplicacin de estas leyes de un fluido es necesario que el fluido sea un medio continuo (El continuo es el medio donde se puede determinar la densidad en forma clara).

En caso que se presenta el fenmeno de cavitacin estas leyes no son aplicables.

Figura: medio continuo Figura: Fenmeno de cavitacin

FluidoEs toda sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a una tensin cortadura por muy pequea que esta sea.

Clases:Fluido comprensible o de masa variable, que se expande hasta llenar el recipiente que lo contiene: gases.

Fluido incomprensible o de masa constante, por que ocupa un volumen definido: liquido

Sistema de unidadesEs decir:

SISTEMA

Tcnico(LFT)

InternacionalMKS(LMT)

CGS(LMT)

Ingls(LFT)

PropiedadesDensidad (): Se considera a la masa del fluido contenida en la unidad de volumen:

Peso Especfico (): Se considera al peso fluido contenido en la unidad de volumen: Se verifica que:

La densidad y el peso especfico de los fluidos dependen solo de la temperatura y sus valores disminuyen al aumentar esta sta. Los valores estndar para el agua son los que corresponder a la temperatura de 4C:

Densidad relativa (r): Es relacin entre la masa (o el peso de un cierto volumen del fluido y la masa (o el peso del mismo volumen de agua) en condiciones normales. Tambin es la relacin entre la densidad o peso especfico del agua

Viscosidad absoluta o viscosidad dinmica ()Mide la relacin entre un esfuerzo y una velocidad de deformacin

Es una propiedad muy importante de los fluidos. Todos los fluidos poseen esta propiedad.

Es la propiedad que se manifiesta por la mayor o menor dificultad que ofrece el fluido al desplazamiento de sus partculas. Es una propiedad ligada al proceso de transferencia de cantidad de movimiento.

El ejemplo clsico es cuando volcamos sobre una superficie plana agua y un aceite lubricante observamos que el agua se deforma con ms facilidad que el aceite.

Decimos entonces que el aceite es ms viscoso que el agua.

La viscosidad de los fluidos es una medida de la resistencia que estos oponen a ser deformados. Es una propiedad que la ejercitan los fluidos solo cuando son obligados al movimiento. Los lquidos son ms viscosos que los gases.

Si en un canal rectangular inclinado se mueve un lquido con velocidad relativamente pequea, se verifica que el flujo se produce en forma de capas o laminas (movimiento laminar) de espesor diferencial y con las velocidades variando segn una ley parablica:

Figura: viscosidad y esfuerzo cortante de un fluido.

Esfuerzo cortante Ley de newton de la viscosidad establece que el esfuerzo tangencial que se produce entre dos lminas separadas a una distancia dy, que se desplazan con velocidades (V ) y ( V + dv) es proporcional al gradiente de velocidad.

La parte del fluido que est en inmediato contacto con una frontera solida en movimiento adquiere la velocidad de dicha frontera, y se ha encontrado que:

Donde:F: Fuerza aplicada: constante de proporcionalidad (viscosidad absoluta o dinmica)A: rea sobre la que se aplica F (se considera Ay F paralelos)V: velocidad mxima del fluido, igual al de la placa mvilh: distancia entre dos placasSe sabe que: En forma Diferencial se tiene la Ley de Newton de la viscosidad:

Donde dv/dy es la gradiente de velocidades.

La constante de proporcionalidad es diferente para cada fluido, y es una magnitud que mide la viscosidad del fluido; se llama viscosidad dinmica ().

Ntese en el dibujo como en el fondo el gradiente es ms grande y por lo tanto es esfuerzo de corte ah () es mayor y va disminuyendo hacia arriba.

Los fluidos que se compartan segn esta ley son denominados newtonianos, y los que tienen comportamiento diferente no newtoniano.

Figura: Fluidos Newtonianos segn la gradiente

Las dimensiones de son:

La unidad de viscosidad dinmica en el sistema c.g.s. se llama poise y tiene el siguiente valor:

Para presiones ordinarias la viscosidad de los fluidos es independiente de la presin y depende nicamente de la temperatura.

En los lquidos al aumentar la temperatura disminuye la viscosidad; en los gases es al revs, es decir al aumentar la temperatura aumenta la viscosidad.

Viscosidad cinemtica ()Es la relacin entre la viscosidad dinmica o absoluta y la densidad. Muchas veces es ms cmodo trabajar con la viscosidad cinemtica.

La unidad de viscosidad cinemtica en el sistema c.g.s. se llama Stoke y tiene el siguiente valor:

Comentario: De acuerdo a la Ley de Newton.

El esfuerzo de corte es nulo en cualquiera de los siguientes casos:

Cuando el fluido esta en reposo ; Cuando el fluido que est en movimiento se supone no viscoso ( hiptesis el liquido ideal = 0) Cuando el liquido real, viscoso se mueve con una velocidad relativamente grande de manera que se produce una buena mezcla del liquido y la distribucin de velocidades se uniformiza acercndose a un rectngulo ( v constante y

Presin (P)Se define como la fuerza por unidad de rea. Hay dos circunstancias en que sobre el elemento de rea A la fuerza de superficie F es normal al elemento: Cuando el fluido est en reposo Cuando estando el fluido en movimiento se asume que la componente tangencial ft es nula (hiptesis de liquido ideal).

Las presiones relativas son medidas de instrumentos llamados nanmetros y por eso se denominan tambin presiones manomtricas.

Efectos de la viscosidad y de la gravedadEn tuberas y canales influye la viscosidad y la gravedad:

Efecto de la Viscosidad: Se mide por el N de Reynolds ()Sabiendo: Donde: V: velocidad media L: longitud caracterstica ( R D)

En tuberas:

En canales

Donde R: radio hidrulico

Tuberas: R=A/P R= D/4

Canales: R= A/P

Canal muy ancho: b >>> y Y/b=0 R=Y

Efectos de la gravedad: se mide por el N de Froude (F)

En canales:

TIPOS DE FLUJO POR EL N DE REYNOLDS ()Flujo laminar: se dice que el flujo es laminar, cuando las fuerzas viscosas son ms fuertes que las fuerzas de inercia. Se produce cuando el N es bajo (Fv> FI ): 4000

El nmero de Reynolds que separa los escurrimientos laminares de los turbulentos se llama critico.En Tuberas 2300En canales 600

El fluido laminar se presenta con ms frecuencia en los fluidos viscosos.

Diferencia entre canales y tuberas. El canal tiene una superficie libre que est en contacto con la atmosfera. En las tuberas el lquido est confinado. En la tubera existe presin ejercida por el fluido sobre todo el contorno (pared interna). La diferencia entre canal y tubera no est en la forma de la seccin transversal, sino en el comportamiento hidrulico.