Propiedades de fluidos y flujos

1. Mecánica de
Fluidos
Propiedad de los fluidos
Dr. Javier Naranjo
FACULTAD DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD TORREÓN
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE
COAHUILA

2. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Concepto de fluido
 La mecánica de fluidos es el estudio de los
fluidos tanto en movimiento como el reposo.
Tanto gases como líquidos son considerados
como fluidos, y el número de aplicaciones en
ingeniería es enorme

3. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016

4. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Fluidos
 Los fluidos pueden ser de dos clases, gases y
líquidos. La distinción entre estos se define
técnicamente hablando sobre los efectos de las
fuerzas cohesivas. Un líquido tiene grandes
fuerzas cohesivas, tiende a retener un volumen
pero tiene forma libre en un campo gravitatorio y
su forma es confinada a la geometría. Un gas no
tiene volumen definido y siempre ocupa el
volumen de confinamiento haciendo una situación
de hidrostática.

5. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Fluido como medio continuo
 Los fluidos contienen moléculas, ampliamente
espaciado en los gases y más cercanos en lo
líquidos. La distancia entre moléculas es más
grandes en comparación con el diámetro de las
propias moléculas. Entonces la densidad del
fluido o masa por unidad de volumen está
calculada desde un una masa molecular δm a
través de un volumen dado δV y el límite de esta
razón cuando el volumen tiende a cero, es la
densidad del fluido

6. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016

7. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Propiedades del campo de
velocidades
 Hay dos tipos puntos de vista para el análisis de la
mecánica. La primera es apropiada para el estudio de la
mecánica de fluidos y concierne con el campo del flujo y
es llamado el método euleriano. En el método euleriano
se calcula el campo de presiones p(x,y,z,t) del patrón de
flujo, no los cambios de presión p(t) que una partícula
experimenta conforme ésta se mueve a través del campo.
 El segundo método el cual sigue a una partícula en
movimiento a través del flujo y es llamado la descripción
lagrangiana. El enfoque lagangiano es mucho más
apropiado para la mecánica de sólidos.

8. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Análisis Lagrangiano

9. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Análisis Euleriano

10. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Campo de velocidades
 V(x,y,z,t)=iu(x,y,z,t)+jv(x,y,z,t)+kw(x,y,z,t)

11. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Propiedades termodinámicas de
un fluido
 Tres principales propiedades
 la presión (p),
 la densidad (ρ) y
 la temperatura (T),
 otras cuatro son importantes cuando existe intercambio de
trabajo o calor:
 Energía interna (u),
 entalpía (h),
 entropía (s) y
 calores específicos (Cp y Cv).
 Cuando existe fricción y conducción de calor se vuelven
importantes las propiedades de transporte:
 coeficiente de viscosidad (μ) y
 conductividad térmica (k).

12. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Viscosidad 𝜏 = 𝜇
𝛿𝜃
𝛿𝑡
= 𝜇
𝑑𝑢
𝑑𝑦

13. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Variación de la viscosidad con la
temperatura
 La viscosidad de
los gases
incrementa con la
temperatura. Dos
aproximaciones
son la ley de
potencia y la ley
Sutherland
𝜇
𝜇0
≈
𝑇
𝑇0
𝑛
𝑇/𝑇0
3/2 𝑇0 + 𝑆
𝑇 + 𝑆

14. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
 La viscosidad en lo líquidos decrece con la
temperatura y es de forma exponencial
 𝜇 ≈ 𝑎𝑒−𝑏𝑇
 Una buena aproximación empírica es
 𝑙𝑛
𝜇
𝜇0
≈ 𝑎 + 𝑏
𝑇0
𝑇
+ 𝑐
𝑇0
𝑇
2

15. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Técnicas de análisis de flujo
básicas
 Volumen de control o análisis integral
 Sistema infinitesimal o análisis diferencial
 Estudio experimental o análisis dimensional

16. Dr. Javier Naranjo FIME-UT-UAdeC
2016
Leyes fundamentales
 En todos los casos, el flujo debe satisfacer las
tres leyes básicas de la mecánica más una
relación de estado termodinámico y condiciones
de frontera asociadas.
 Conservación de masa (continuidad)
 Momentum lineal (Segunda ley de Newton)
 Primera ley de la termodinámica (Conservación de
la energía)
 Relación de estado (Como ley de gases idelaes)
 Condiciones de frontera apropiadas en superficies
sólidas, interfaces, entradas y salidas.