Fluidos

osMecánica de Fluidos
Introducción

1. Objetivo
Mecánica de Fluidos es la disciplina que estudia el comportamiento estático y dinámico (en movimiento) de los fluidos. Aplicaciones •Flujo en tuberías. •Turbomáquinas (compresores, turbinas, bombas, etc.). •Transporte – Aerodinámica. •Esfuerzos sobre cuerpos sumergidos (Puentes, compuertas, etc.) •Sistemas de ventilación. •Deportes (golf,tenis, etc.) •Estudio de turbulencia. •Circulación sanguínea (diseño de elementos de apoyo). •Etc.

Análisis en mecánica de fluido se basa en la aplicación de las leyes fundamentales que gobiernan el movimiento: • Conservación de masa. • Segunda ley de movimiento de Newton. • Principio de cantidad de movimiento angular. • Primera ley de la termodinámica. • Segunda ley de la termodinámica. Además seutilizan otras relaciones para describir el comportamiento de las propiedades físicas de los fluidos: • Ecuaciones de estado • Relaciones de propiedades con variables de estado (p,T). • etc.

2. Definición de Fluido
Un Fluido se define como cualquier sustancia que se deforma en forma continua cuando se ejerce sobre ella un esfuerzo de corte o cizalle, independiente de la magnitud del esfuerzo.Se diferencian de los sólidos en su estructura molecular. Sólidos: Materia con gran densidad molecular y fuerzas intermoleculares cohesivas fuertes mantienen la forma y son difíciles de deformar. Líquidos: Menor densidad molecular y fuerzas intermoleculares cohesivas que los sólidos mayor libertad de movimiento molecular. Ocupan un volumen fijo e independiente del recipiente que los contenga.Gases: Menor densidad molecular que los líquidos. Fuerzas intermoleculares despreciables fácilmente deformables, compresibles y llenan el volumen del recipiente que los contiene. Hipótesis básicas: Análisis no se realiza a nivel molecular sino describiendo el valor macroscópico de las distintas variables de interés (velocidad, aceleración, presión, etc.) en un volumen pequeño (infinitesimal) conun gran número de moléculas partícula fluida. Mecánica de fluidos Mecánica de medios continuos, es decir, tanto las propiedades del fluido como las variables del flujo varían en forma continua entre dos puntos de un mismo fluido y en la interfaz entre dos fluidos (sólido-líquido p.ej.).

Medio continuo partículas fluidas en contacto con las demás a través de la superficie que encierra lapartícula. Lo anterior indica por ejemplo que las fuerzas en un medio continuo se transmiten de un lugar a otro del fluido a través de los esfuerzos presentes entre en las superficies de contacto. Además estos esfuerzos deben ser continuos (iguales) entre dos superficies adyacentes.

3. Sistema de unidades
Se utilizará preferentemente el sistema internacional de unidades SI. - Magnitudes básicas- Magnitudes derivadas

- Múltiplos y fracciones

- Conversión

4. Propiedades
4.1 Densidad ρ: Masa (m) por unidad de volumen (V) Dimensiones

Unidades Sistema internacional
slug ft 3

Sistema gravitacional británico

En general la densidad depende de la presión y la temperatura:

βT, βp: coeficientes de compresibilidad isotérmico e isobárico respectivamente. Líquidos:

Gases:Gases ideales Gases no ideales

Relación entre la densidad y la presión en un proceso de expansión o compresión depende de la naturaleza del proceso: Proceso isotérmico (T=cte.) Proceso isoentrópico (s=cte.) Densidad del aire: Aire es una mezcla de gases y contiene una cantidad de vapor de agua que depende de la presión y la temperatura:

4.2 Volumen específico, υ: Volumen por unidad deMasa 4.3 Peso específico, γ: Peso por unidad de Volumen 4.4 Gravedad específica, SG: Relación entre la densidad del fluido y la densidad del agua a una temperatura dada (4ºC):

4.5 Compresibilidad, Módulo de compresibilidad Ev:

Ev= 2.21 [GPa] Agua (20ºC); Ev ≈ p (Aire) 4.6 Velocidad del sonido, c: Velocidad de propagación de una onda de presión o acústica en un medio.

Suponiendo el...