MECANICA DE MECANICA DE FLUIDOSFLUIDOS

Sección ASección AIng. Ma. Elisa Duarte S.Ing. Ma. Elisa Duarte S.

meduarte1975@gmail.commeduarte1975@gmail.com

CAPITULO 1CAPITULO 1

IntroducciónIntroducción

FluidosFluidos Clasificación de FluidosClasificación de Fluidos Nota HistóricaNota Histórica Importancia de La Mecánica de FluidosImportancia de La Mecánica de Fluidos Tendencias de La Mecánica de FluidosTendencias de La Mecánica de Fluidos

Mecánica de fluidosMecánica de fluidos

Es la ciencia de la Es la ciencia de la ingeniería que estudia el ingeniería que estudia el comportamiento de los comportamiento de los fluidos ante la acción de fluidos ante la acción de determinadas fuerzas , en determinadas fuerzas , en reposo y en movimiento.reposo y en movimiento.

QUE ES UN FLUIDO?QUE ES UN FLUIDO?

Definición amigable:Definición amigable: Es una sustancia que se deforma Es una sustancia que se deforma

continuamente y se acomoda al recipiente continuamente y se acomoda al recipiente que lo contiene.que lo contiene.

Definición técnica:Definición técnica: Es una sustancia que se deforma Es una sustancia que se deforma

continuamente cuando se somete a un continuamente cuando se somete a un esfuerzo cortante, si importar que tan esfuerzo cortante, si importar que tan pequeño sea ese esfuerzo cortante.pequeño sea ese esfuerzo cortante.

ESTADOS DE LOS FLUIDOSESTADOS DE LOS FLUIDOS LÍQUIDO: materia en estado continuo que se LÍQUIDO: materia en estado continuo que se

acomoda al recipiente que lo contiene y acomoda al recipiente que lo contiene y escurre si está libre.escurre si está libre.

GASEOSO: se refiere a la materia en un GASEOSO: se refiere a la materia en un estado que se expande o reduce de acuerdo estado que se expande o reduce de acuerdo a lo hermético del recipiente donde está. Si a lo hermético del recipiente donde está. Si está libre sube a la atmósfera.está libre sube a la atmósfera.

SÓLIDOS: estado estático de la materia que SÓLIDOS: estado estático de la materia que se deforma con el tiempo o por fuerzas se deforma con el tiempo o por fuerzas extremas.extremas.

CAPITULO 2CAPITULO 2Propiedades de Los FluidosPropiedades de Los Fluidos

Unidades BásicasUnidades Básicas LongitudLongitud Masa o FuerzaMasa o Fuerza TiempoTiempo TemperaturaTemperatura

Todas las propiedades de los fluidos se expresan en Todas las propiedades de los fluidos se expresan en términos de estas unidades básicas.términos de estas unidades básicas.

Ejemplo de Unidades y Ejemplo de Unidades y DimensionesDimensiones

Ejemplo: el trayecto que nos lleva de Ejemplo: el trayecto que nos lleva de una ciudad a otra tiene longitud, pero una ciudad a otra tiene longitud, pero esta longitud es de 50 km. En este esta longitud es de 50 km. En este caso la longitud será la dimensión, 50 caso la longitud será la dimensión, 50 será la unidad y km la dimensional.será la unidad y km la dimensional.

Darle nombre a las dimensiones es Darle nombre a las dimensiones es especificar qué sistemas de unidades especificar qué sistemas de unidades usamos, tales como SI o el Inglés.usamos, tales como SI o el Inglés.

SISTEMAS DE UNIDADESSISTEMAS DE UNIDADES El continuo esfuerzo de los científicos El continuo esfuerzo de los científicos

por desarrollar un sistema de por desarrollar un sistema de unidades que les permita comprender unidades que les permita comprender los resultados experimentales los resultados experimentales provenientes de cualquier parte del provenientes de cualquier parte del mundo, los ha llevado a establecer mundo, los ha llevado a establecer parámetros y patrones que deben parámetros y patrones que deben seguirse al momento de llevar a cabo seguirse al momento de llevar a cabo medicionesmediciones..

Sistema InternacionalSistema Internacional

En el Sistema Internacional la En el Sistema Internacional la unidad de masa es el kilogramo unidad de masa es el kilogramo (kg); la de tiempo es el segundo (kg); la de tiempo es el segundo (s); la de longitud el metro (m); y (s); la de longitud el metro (m); y la de temperatura el Kelvin (K). la de temperatura el Kelvin (K).

Donde la Fuerza expresada en Donde la Fuerza expresada en Newtons es una unidad derivada.Newtons es una unidad derivada.

Temperatura AbsolutaTemperatura Absoluta

Se mide en Kelvin (K).Se mide en Kelvin (K). 0 K es el cero absoluto, la 0 K es el cero absoluto, la

temperatura más baja posibletemperatura más baja posible 273.16 K es la temperatura de 273.16 K es la temperatura de

congelación del agua (0°C)congelación del agua (0°C) K = 273 + °CK = 273 + °C

Prefijos del Sistema SIPrefijos del Sistema SI Se utilizan para indicar la multiplicación Se utilizan para indicar la multiplicación

de unidades por potencias de 10.de unidades por potencias de 10. Los más comunes son:Los más comunes son:

G(giga) = 10G(giga) = 1099

M(mega) = 10M(mega) = 1066

k(kilo) = 10k(kilo) = 1033

c(centi) = 10c(centi) = 10-2-2

m(mili) = 10m(mili) = 10-3-3

(micro) = 10(micro) = 10-6-6

Sistema InglesSistema Ingles

En el sistema inglés son el En el sistema inglés son el slug o lbm (1 slug = 32.2 slug o lbm (1 slug = 32.2 lbm), segundo (s), pie (ft), lbm), segundo (s), pie (ft), grados Farenheit (°F).grados Farenheit (°F).

Donde la fuerza se expresa Donde la fuerza se expresa en lbf; también es una unidad en lbf; también es una unidad derivada (slug*ft/segderivada (slug*ft/seg22).).

Temperatura AbsolutaTemperatura Absoluta

Se mide en grados Rankine (°R).Se mide en grados Rankine (°R). 0°R es el cero absoluto, la 0°R es el cero absoluto, la

temperatura más baja posibletemperatura más baja posible 460 °R es la temperatura de 460 °R es la temperatura de

congelación del agua (32°F)congelación del agua (32°F) °R = 460 + °F°R = 460 + °F

Relaciones de temperaturaRelaciones de temperatura °R= °F + 460°R= °F + 460

K= °C + 273K= °C + 273

°F = (9/5) °C +32°F = (9/5) °C +32

°C = (5/9) (°F-32)°C = (5/9) (°F-32)

Propiedades Extensivas e Propiedades Extensivas e IntensivasIntensivas

Extensivas: Las que tienen relación Extensivas: Las que tienen relación con la cantidad de masa, por ejemplo, con la cantidad de masa, por ejemplo, M, W (por lo general se representan M, W (por lo general se representan con mayúsculas.con mayúsculas.

Intensivas: Independientes a la Intensivas: Independientes a la cantidad de masa, por ejemplo, cantidad de masa, por ejemplo, , , (por lo general se representan con (por lo general se representan con minúsculas.minúsculas.

Propiedades Relacionadas con La Propiedades Relacionadas con La MasaMasa

Densidad (Densidad (⍴) = masa por unidad de ⍴) = masa por unidad de volumen. Peso específico (volumen. Peso específico (γγ) = peso ) = peso por unidad de volumen. por unidad de volumen. γγ = = ⍴g⍴g

Variación en la Densidad:Variación en la Densidad: Fluidos incompresibles: líquidosFluidos incompresibles: líquidos

Homogéneos: densidad constanteHomogéneos: densidad constante No homogéneos: partes más concentradas No homogéneos: partes más concentradas

que otras.que otras. Fluidos compresibles: gasesFluidos compresibles: gases

Propiedades Relacionadas con La Propiedades Relacionadas con La MasaMasa

Gravedad específica (S) = razón entre peso Gravedad específica (S) = razón entre peso específico del fluido en estudio y peso específico del fluido en estudio y peso específico del agua como sustancia patrón.específico del agua como sustancia patrón.

S = S = fluidofluido//aguaagua = = fluidofluido//aguaagua Es adimensional, independiente al sistema Es adimensional, independiente al sistema

de unidades utilizado.de unidades utilizado. S > 1 indica un fluido más denso que el S > 1 indica un fluido más denso que el

agua.agua. S < 1 indica un fluido menos denso que el S < 1 indica un fluido menos denso que el

agua.agua.

Ley de los gases idealesLey de los gases ideales

P P = = ρRTρRT

donde ρ es la densidad, R es donde ρ es la densidad, R es la constante del gas, T la la constante del gas, T la temperatura y P la presión, temperatura y P la presión, deben expresarse en valores deben expresarse en valores absolutosabsolutos..

EjemplosEjemplos

Calcule la densidad y el peso específico del Calcule la densidad y el peso específico del bióxido de carbono a una presión absoluta bióxido de carbono a una presión absoluta de 300 kN/mde 300 kN/m22 y 60°C. y 60°C.

De la tabla: De la tabla: R R COCO2 2 = 189 J/KgK= 189 J/KgK

= P/(RT) = (300,000)/(189*(60+273))= P/(RT) = (300,000)/(189*(60+273)) = 4.767 kg/m= 4.767 kg/m33

= = g = 4.767 * 9.81 = 46.764 N/mg = 4.767 * 9.81 = 46.764 N/m33

TablaTabla

Se almacena gas natural en un tanque Se almacena gas natural en un tanque esférico a una temperatura de 10°C, a esférico a una temperatura de 10°C, a una presión de 100kPa manométricos una presión de 100kPa manométricos dentro del tanque y una presión dentro del tanque y una presión atmosférica de 100kPa. Transcurrido el atmosférica de 100kPa. Transcurrido el tiempo, al bombear más gas, a tiempo, al bombear más gas, a temperatura constante la presión temperatura constante la presión manométrica aumenta a 200 kPa manométrica aumenta a 200 kPa dentro dentro del tanque. ¿Cuál será la del tanque. ¿Cuál será la relación relación entre la masa del gas del entre la masa del gas del tanque con tanque con presión de 200 kPa, presión de 200 kPa, respecto a la respecto a la masa en el inicio con la masa en el inicio con la presión de 100 presión de 100 kPa?kPa?

M = M = *V = (P/(RT))*V*V = (P/(RT))*VMM22/M/M1 1 = = (P(P2 2 /(RT))*V/(RT))*V

(P(P1 1 /(RT))*V/(RT))*V

La constante (R), el volumen del tanque (V), y la La constante (R), el volumen del tanque (V), y la temperatura (T) son constantes.temperatura (T) son constantes.

MM22/M/M1 1 = P= P2 2 / P/ P1 1 = (200+100)kPa/(100+100)kPa M= (200+100)kPa/(100+100)kPa M22/M/M1 1

= 300/200= 300/200

MM22/M/M1 1 = 1.5 = 1.5

Cuál es el peso de un tanque de oxígeno de Cuál es el peso de un tanque de oxígeno de 4 ft4 ft33 si el oxígeno está presurizado a 200 si el oxígeno está presurizado a 200 psia, el tanque en sí pesa 100 lbf y la psia, el tanque en sí pesa 100 lbf y la temperatura es de 50°F?temperatura es de 50°F?De la tabla, RDe la tabla, Roxígenooxígeno = 1555 ft-lbf/slugs/°R = 1555 ft-lbf/slugs/°R

La presión es absoluta pero está dada en psi, por lo que se La presión es absoluta pero está dada en psi, por lo que se debe convertir a psf con el factor 1psi = 144psf.debe convertir a psf con el factor 1psi = 144psf.

PPabsabs = 200 psi * 144 psf/psi = 28,800 psf = 200 psi * 144 psf/psi = 28,800 psf

TTabsabs = °F + 460 = 50 + 460 = 510 °R = °F + 460 = 50 + 460 = 510 °R

= P/(RT) = 28,800/(1555*510) = 0.0363 slugs/ft= P/(RT) = 28,800/(1555*510) = 0.0363 slugs/ft33

= = g = 0.0363 * 32.2 = 1.69 lbf/ftg = 0.0363 * 32.2 = 1.69 lbf/ft33

WWoxígenooxígeno = = *V = 1.69*4 = 4.68 lbf*V = 1.69*4 = 4.68 lbf

WWtotaltotal = 4.68 + 100 = 104.68 lbf = 4.68 + 100 = 104.68 lbf

Para entregar:Para entregar:

¿Cuáles son el peso específico y la ¿Cuáles son el peso específico y la densidad del aire a una presión absoluta densidad del aire a una presión absoluta de 445 kPa y una temperatura de 38 °C?de 445 kPa y una temperatura de 38 °C?

Estimar la masa de 1 miEstimar la masa de 1 mi33 de aire en slugs y de aire en slugs y kilogramos, utilizar datos de las tablas.kilogramos, utilizar datos de las tablas.