Deber

MECÁNICA DE FLUIDOS
DEFINICIONES Y PROPIEDADES

José Agüera Soriano 2011

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DEFINICIONES Y CONCEPTOS PRELIMINARES

• SISTEMA • FLUJO • PROPIEDADES DE UN FLUIDO • VISCOSIDAD DE TURBULENCIA

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Sistema
Cualquier porción de materia a estudiar. Un fluido será el sistema elegido. A la superficie, real o imaginaria, que lo envuelve se llama límite, fronterao contorno. El conjunto de varios sistemas puede formar uno solo; o bien, un sistema puede descomponerse en muchos os, sistemas parciales.
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Medio exterior de un sistema
El conjunto de sistemas que influye sobre el sistema en estudio será el medio exterior de éste. El medio ambiente suele formar parte del medio exterior. La influencia sobre el sistema puede sertérmica debida a una diferencia de temperaturas, o mecánica debida a una diferencia de presiones.

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Clasificación de sistemas
Sistema cerrado
Es aquel cuya masa no varía durante un cambio de situación; por ejemplo, de la posición I a la II del émbolo
h

receptor mecánico

SISTEMA

p·SS p·
F

I

II
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Sistema abierto, o flujoEs aquel que se mueve, o fluye, con relación a un contorno
1
2

volumen de control
1

2

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FLUJO
Sección transversal La que es perpendicular al eje de simetría del flujo. Línea de flujo La formada por la posición instantánea de una serie de partículas, que forman como un hilo; cada partícula ha de estar en la dirección del vector velocidad de la anterior.v v v v v v v v

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Tubo de flujo Una superficie (dS, por ejemplo) está rodeada por líneas de flujo que formarán una superficie tubular (como una tripa). Al fluido que circula en su interior se le llama tubo de flujo.
2 v 1 dS S

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Caudal
Llamamos caudal (volumétrico) Q al volumen de fluido que atraviesa una sección en la unidadde tiempo, y caudal másico m a la masa corres& & pondiente: m = ρ ⋅ Q

dQ = v ⋅ dS

perfil de velocidades

Q = ∫ S v ⋅ dS
Q =V ⋅S

S dS

v v v v

v V
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Clasificaciones
•Permanente, o estacionario •Variable, o transitorio
V
V A V B

1

2

V'

C

D

•Uniforme •No uniforme

t1

t2

tiempos
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• Laminar • Turbulento
V

V

laminar

turbulento

experimento de Reynolds
A V

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Osborne Reynolds Belfast (1842-1912)
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PROPIEDADES DE UN FLUIDO
Propiedades de un fluido son aquellas magnitudes físicas cuyo valor nos define el estado en que se encuentra. Son propiedades la presión, la temperatura (común a todas lassustancias), la densidad, la viscosidad, la elasticidad, la tensión superficial, etc.

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Definición de un fluido
Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le aplica un esfuerzo tangencial por pequeño que sea.
B B' α A F C C'
B v v α u u β B' F B''

placa móvil
B'''

sólido
D

fluido
placa fija

A

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Viscosidad
Viscosidad ( µ ) de un fluido es la resistencia a que las distintas láminas deslicen entre sí.

Ley de Newton de la viscosidad
La resistencia debida a la viscosidad depende además de la variación de velocidad entre las capas: velocidad de deformación (dv/dy).

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Esfuerzo cortante τ
Es la resistencia por unidad de superficie que apareceentre dos láminas deslizantes

dv τ =µ⋅ dy
perfil de velocidades
F v

(ley de Newton)
perfil de velocidades v v
v dv' dv τ

placa móvil
τ

dy dy

placa fija
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dv´> dv

placa fija
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Isaac Newton
(Inglaterra 1643-1716)
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Unidades de viscosidad dinámica en el S.I.
dy 2 µ =τ ⋅ N s/m dv

o bien (1 N = 1 kg m/s2),
dy...