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Introducción a la mecánica de fluidos.TRANSCRIPT
Conceptos introductorios.
Los fluidos son: líquidos y gases. Descripción general:
• Los gases se comprimen con facilidad.
• Los líquidos se comprimen muy poco.
Peso y masa.
• La masa es la propiedad que tiene un cuerpo de fluidos, es la medida de
la inercia o resistencia a cambiar el movimiento de éste. También es la
medida de la cantidad de fluido.
• El peso es la cantidad que pesa un cuerpo de fluido, es decir: la fuerza
con la que el fluido es atraído hacia la tierra por la acción de la
gravedad.
Propiedades de los fluidos.
• Se tienen: peso específico, densidad, gravedad específica y tensión
superficial.
Unidades consistentes en una ecuación.
• Despeje, de la ecuación en forma algebraica el término que se desea.
• Decidir cuáles son las unidades apropiadas para que el resultado sea
correcto.
• Sustituya los valores conocidos, con sus unidades inclusive.
• Cancele las unidades de cualquier término que aparezcan en el
numerador y en el denominador.
• Utilice factores de conversión para eliminar las unidades no deseadas, y
obtener las que, a su juicio, en el paso segundo son apropiadas.
• Lleve a cabo el cálculo.
Presión.
La presión es la cantidad de fuerza que se ejerce sobre una unidad de
área de alguna sustancia.
Ecuación
𝑝 =𝐹
𝐴
Principios sobre la presión (Blas Pascal):
• La presión actúa de modo uniforme en todas las direcciones de un
volumen pequeño de fluido.
• En un fluido confinado por fronteras sólidas, la presión actúa de manera
perpendicular a la pared
Compresibilidad.
La compresibilidad se refiere al cambio de volumen 𝑉 que sufre una
sustancia cuando se le somete a un cambio de presión. La cantidad física
empleada para medir este fenómeno es el módulo volumétrico de
elasticidad 𝐸 :
𝐸 =−∆𝑝
∆𝑉 /𝑉
Densidad, peso específico y gravedad específica.
La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia.
𝜌 =𝑚
𝑉
Las unidades de densidad son: kg/m3 en el SI y slugs/ft3 en el sistema tradicional de E. U.
El peso específico es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia.
𝛾 =𝑤
𝑉
Las unidades de peso específico son: N/m3 en el SI y lb/ft3 en el sistema inglés.
La gravedad específica es la razón de la densidad de una sustancia a la densidad del agua a 4 oC.
También, se puede definir a la gravedad específica, como la razón del peso específico de una sustancia al peso
específico del agua a 4 oC. Matemáticamente, es
𝑠𝑔 =𝛾𝑠
𝛾𝑤 @4𝑜𝐶=
𝜌𝑠𝜌𝑤 @ 4𝑜𝐶
El subíndice 𝑠 se refiere a la sustancia cuya gravedad específica se va a determinar, y el subíndice 𝑤 se refiere
al agua.
Propiedades del agua a 4 oC:
𝛾𝑤 @ 4𝑜𝐶 = 9.81𝑘𝑁
𝑚3o bien 𝛾𝑤 @ 4𝑜𝐶 = 62.4
𝑙𝑏
𝑓𝑡3
𝜌𝑤 @ 4𝑜𝐶 = 1000𝑘𝑔
𝑚3o bien 𝜌𝑤 @ 4𝑜𝐶 = 1.94
𝑠𝑙𝑢𝑔𝑠
𝑓𝑡3
Entonces, la definición matemática de la gravedad específica es:
𝑠𝑔 =𝛾𝑠
9.81𝑘𝑁𝑚3
=𝜌𝑠
1000𝑘𝑔𝑚3
O bien
𝑠𝑔 =𝛾𝑠
62.4𝑙𝑏𝑓𝑡3
=𝜌𝑠
1.94𝑠𝑙𝑢𝑔𝑠𝑓𝑡3
Nota. Esta definición se cumple sin que importe la temperatura a que se
determina la gravedad específica. Sin embargo, las propiedades de los fluidos
varían con la temperatura.
Relación entre la densidad y el peso específico.
La conversión se lleva de uno a otra por medio de la ecuación:
𝛾 = 𝜌𝑔
Tensión superficial.
La tensión superficial se mide como el trabajo por unidad de área
que se requiere para llevar las moléculas de la parte inferior hacia la
superficie del líquido. Unidades: N/m.