Mecánica de Fluidos C1

1

Cap´
ıtulo 1

Introducci´n
o
La Mec´nica de Fluidos es la disciplina que estudia el comportamiento est´tico y din´mico de
a
a
a
un fluido. Entenderemos como fluido cualquier substancia (l´
ıquida o gaseosa) que se deforma en
forma continua cuando se ejerce sobre ella un esfuerzo de cizalle. Los fluidos se diferencian de
los s´lidos b´sicamente por su estructura molecular. Estosultimos poseen una gran densidad
o
a
´
molecular con fuerzas intermoleculares cohesivas fuertes que permiten que el s´lido mantenga
o
su forma y que sea muy dif´ deformarlos.
ıcil
Los l´
ıquidos poseen un espacio intermolecular mayor que el de los s´lidos con fuerzas cohesivas
o
menores por lo que las part´
ıculas tienen mayor libertad de movimiento. Adem´s ocupan un
a
volumen fijoindependiente de la forma de ´ste. Los Gases poseen un espacio intermolecular
e
a´n mayor. La atracci´n intermolecular es pr´cticamente despreciable por lo que se deforman
u
o
a
f´cilmente, son compresibles y llenan el volumen del recipiente que los contiene.
a
Si bien la estructura molecular de los fluido es importante no sirve para describir el comportamiento de ´stos en reposo o movimiento. Espor ´sto que el estudio de los fluidos se realiza
e
e
caracterizando el valor medio o macrosc´pico de la variable de inter´s (velocidad, presi´n, etc.),
o
e
o
donde ´ste valor medio se eval´a en un volumen peque˜o con un gran n´mero de mol´culas1 .
e
u
n
u
e
Supondremos adem´s que las propiedades del fluido como las variables del flujo varian en forma
a
continua y homog´nea de unpunto a otro del fluido2 .
e

1.1

Sistema de Unidades

Se utilizar´ en este apunte preferentemente el Sistema Internacional de unidades (SI). Sin ema
bargo y debido a que existe a´n mucha literatura t´cnica como manuales de operaci´n, dise˜o,
u
e
o
n
etc. donde se utilizan otros sistemas de unidades ser´ necesario revisar tambi´n estos sistemas de
a
e
unidades. Como en todo sistema deunidades, en el SI existen magnitudes b´sicas de las cuales
a
se derivan todas las maginutes necesarias. En la tabla 1.1 se encuentran tabuladas alguna de
las magnitudes b´sicas del SI, su unidad y el s´
a
ımbolo utilizado para representarlas. La tabla 1.2
muestra algunas magnitudes derivadas importantes para la mec´nica de fluidos.
a
Dado que el tama˜o real de las cantidades f´
n
ısicascubre una amplia variedad, se utilizan prefijos
para designar m´ltiplos y fracciones decimales de las distintas magnitudes como se muestra en
u
la tabla 1.3. En el SI se usan, por lo general, variaciones de 10±3 . La relaci´n que existe entre
o
El espacio intermolecular es del orden de 10−6 y 10−7 mm para los gases y l´
ıquidos respectivamente en
condiciones normales de presi´n ytemperatura. El n´mero de mol´culas por mm3 es del orden de 1018 en los
o
u
e
gases y 1021 en los l´
ıquidos
2
Se supone que el fluido es un continuo
1

2

1.1 Sistema de Unidades

Magnitud
Longitud
tiempo
masa
temperatura
materia

Dimensi´n
o
L
T
M
θ

Unidad SI
metro
segundo
kilogramo
Kelvin
Mol

Abreviaci´n
o
m
s
kg
K
mol

Tabla 1.1: Unidades del sistemainternacional de unidades (SI) de algunas magnitudes b´sicas.
a
Magnitud
tiempo

Frecuencia
presi´n
o
viscosidad din´mica
a
Energ´ trabajo,
ıa,
calor
Potencia, flujo de energ´
ıa,
flujo de calor

Unidad SI
minuto
hora
d´
ıa
Hertz
Pascal
Bar
Pascalsegundo

Abreviaci´n
o
min
h
d
Hz
Pa
bar
Pa s

Joule

J

Watt

W

Tabla 1.2: Unidades del sistema internacional deunidades (SI) de algunas magnitudes derivadas.
las unidades b´sicas y las unidades derivas es la siguiente
a

1 min = 60 s
1 h = 60 min = 3600 s
1 d = 24 h = 1440 min = 86400 s
1 Hz = 1/s
1N

= 1 kgm/s2
kg
kgm 1
=1
2 m2
s
ms2
kgm 1
kg
105 N/m2 = 105 2
= 105
2
s m
ms2
kg
kgm 1
1 N s/m2 = 1
=1
s m2
ms
kgm2
kgm
1W s = 1N m = 1 2 m = 1 2
s
s
kgm2
kgm m
1 J/s = 1 N...