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PRIMERA UNIDAD
Propiedades de los fluidos
Docente:
Ing. Bernardo Coloma Paxi
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGRICOLA
CURSO
Mecánica de Fluidos
Introducción
 La Mecánica de Fluidos estudia las leyes del
movimiento de los fluidos y sus procesos de
interacción con los cuerpos sólidos.
 La característica fundamental de los fluidos
es la fluidez. El fluido cambia de forma de
manera continua cuando esta sometido a un
esfuerzo cortante, por un pequeño que sea
este.
TAREA
 Realizar un ensayo sobre orígenes
de la Mecánica de fluidos
Definición de FLUIDO:
Sustancia que se deforma constatemente
cuando se somete a un esfuerzo cortante
(por más pequeño que sea).
Sustancia que ocupa la forma del recipiente
que lo contiene (LIQUIDO).
Sustancia que ocupa la forma y el volumen
del recipiente que lo contiene (GAS).
Fluidos principales:
Agua, aire, vapor de agua, combustibles,
lubricantes, refrigerantes etc.
LOS LIQUIDOS: son capaces de crear una
superficie libre, los GASES no.
LOS LIQUIDOS: son poco compresibles, Los
GASES muy compresibles
EL COMPORTAMIENTO DE LIQUIDOS Y
GASES: es similar en conductos cerrados más
no en conductos abiertos.
EL FLUIDO INCOMPRESIBLE: no existe en la
realidad, pero muchos problemas de ingeniería se
resuelven aceptablemente suponiendo que el fluido
es incompresible. Estos problemas se estudian en la
mecánica de fluidos .
LOS FLUIDOS COMPRESIBLES: se estudian en la
Termodinámica.

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  • 1. PRIMERA UNIDAD Propiedades de los fluidos Docente: Ing. Bernardo Coloma Paxi UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGRICOLA CURSO Mecánica de Fluidos
  • 2. Introducción  La Mecánica de Fluidos estudia las leyes del movimiento de los fluidos y sus procesos de interacción con los cuerpos sólidos.  La característica fundamental de los fluidos es la fluidez. El fluido cambia de forma de manera continua cuando esta sometido a un esfuerzo cortante, por un pequeño que sea este.
  • 3. TAREA  Realizar un ensayo sobre orígenes de la Mecánica de fluidos
  • 4. Definición de FLUIDO: Sustancia que se deforma constatemente cuando se somete a un esfuerzo cortante (por más pequeño que sea). Sustancia que ocupa la forma del recipiente que lo contiene (LIQUIDO). Sustancia que ocupa la forma y el volumen del recipiente que lo contiene (GAS).
  • 5. Fluidos principales: Agua, aire, vapor de agua, combustibles, lubricantes, refrigerantes etc. LOS LIQUIDOS: son capaces de crear una superficie libre, los GASES no. LOS LIQUIDOS: son poco compresibles, Los GASES muy compresibles EL COMPORTAMIENTO DE LIQUIDOS Y GASES: es similar en conductos cerrados más no en conductos abiertos.
  • 6. EL FLUIDO INCOMPRESIBLE: no existe en la realidad, pero muchos problemas de ingeniería se resuelven aceptablemente suponiendo que el fluido es incompresible. Estos problemas se estudian en la mecánica de fluidos . LOS FLUIDOS COMPRESIBLES: se estudian en la Termodinámica.
  • 7. Insertar figura 1.1 A F cortante esfuerzo  _ Fuerza que causa que la velocidad U sea uniforme Área de la placa superior El fluido se deforma de abdc a la nueva posición ab’c’d t AU F   t U A F     t U Es la rapidez de deformación angular dy du    En forma más general LEY DE VISCOSIDAD DE NEWTON
  • 8.  el factor de proporcionalidad se denomina viscosidad del fluido Insertar figura 1.2
  • 9. UNIDADES Sistema de unidades es congruente (o consistente) cuando una unidad de fuerza causa que una unidad de masa sufra una unidad de aceleración. Sistema SI 2 1 1 1 seg m Kg N   Insertar tabla 1.1 Sistema USC 2 1 1 1 seg ft slug lb   Unidad Derivada Unidad Derivada
  • 10. 2 0 174 . 32 1 1 seg ft g lb lb m  Sistema USI necesita apoyarse en una cte. de proporcionalidad escribiendo la 2ª ley de Newton de la forma a g m F 0  En condiciones de gravedad estándar en el vacío: 2 0 174 . 32 seg lb ft lb g m     Por lo tanto la gravedad específica g0 vale en USI: en EEUU, en China o en la Luna g M W   El peso W de un cuerpo se determina por el producto de la masa M por la aceleración local de la gravedad g.
  • 11. Insertar tabla 1.2 PREFIJOS para potencias de 10 en el SISTEMA SI
  • 12. DENSIDAD se define como la masa por unidad de volumen para agua a presión estandar (760 mmHg) y a 4 ºC, o bien VOLUMEN ESPECIFICO es el recíproco de la densidad, es decir, el volumen ocupado por la unidad de masa. PESO ESPECIFICO es el peso por unidad de volumen depende de la aceleración de la gravedad ] [ : 3  ML  3 / 94 . 1 ft slugs   3 / 1000 m Kg    1  s v g    
  • 13. DENSIDAD RELATIVA relación entre el peso de una sustancia y el peso de un volumen equivalente de agua en condiciones estándar. PRESIÓN es la fuerza normal que enpuja contra un área plana dividida por el área. Dentro de un recipiente, el fluido ejerce también en una presión contra las paredes, y el o recipiente ejerce una reacción que será compresiva para el fluido. En estática de fluidos agua agua S       ] [ : 2 Pa m N área fuerza p         ] [ psf ] [ psi h p   
  • 16. GAS PERFECTO las relaciones termodinámicas y los flujos de fluidos compresibles se limitan al los gases prefectos (o ideales), los cuales satisfacen la siguiente ley: fluido ideal: carece de fricción y es imcompresible gas perfecto: tiene viscosidad (desarrolla esfuerzos de corte) y es compresible La ecuación se puede escribir y R tiene unidades de T R v p s    RT p                  K Kg N m K Kg m m N R º 1 : 3 2
  • 17. Ley de CHARLES: p = cte, V del gas depende solo de T Ley de BOYLE: T = cte, V del gas depende solo de p haciendo el análisis a nivel molecular e introduciendo la ley de AVOGADRO (volúmenes iguales de gases a la misma T y p absolutas tienen el mismo número de moléculas, por lo tanto, sus masas son proporcionales a los pesos moleculares) resulta el producto MR llamado cte universal de los gases. M: peso molecular           K mol Kg N m MR 8312          K Kg N m M R 8312
  • 18. Calor específico cv: es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando V es cte. Calor específico cp: es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando p es cte. k es la relación de calores específicos R se relaciona con cv y cp mediante la forma v p c c k  R c c v p  
  • 20. Si un barril de aceite pesa 1.5 KN, calcúlese el peos especifico, la densidad y la densidad relativa de este aceite. El barril contiene 0.159 m3 y el peso propio es de 110 N.
  • 21. Trabajo encargado Un líquido con peso específico relativo de 1.2 llena un volumen. Si la masa contenida en el volumen es de 300 kg, calcule la magnitud del volumen. Cuando un líquido se vierte en una probeta graduada, se encuentra que pesa 7N cuando ocupa un volumen de 500 ml. Determine el peso específico, la densidad y la densidad relativa del líquido. Un deposito de aire comprimido tiene un volumen de 0.84 pies cubicos, determinar la densidad y el peso del aire en el deposito cuando este se llena de aire a una presión manometrica de 50 lb/pulg2, suponer que la temperatura es de 70 °F y que la presión atmosférica es de 14.6lb/pulg2 (Abs)
  • 22. MODULO ELASTICO A LA COMPRESION Es importante cuando existen cambios repentinos o grandes en la presión (GOLPE DE ARIETE). Un aumento de presión dp causará una disminución del volumen -dV. K=coeficiente de compresibilidad para agua a 20 ºC, K = 2.2 Gpa. (Ver tabla C.2 apéndice “C”). PRESIÓN DE VAPOR Cuando la presión arriba de un líquido es igual a la presión de vapor ocurre la ebullición. Es importante cuando la presión en el flujo tiene una fuerte reducción en algunos lugares del sistema (CAVITACION). V dV dp K  
  • 23. TENSION SUPERFICIAL Fenómeno que se observa en la interface entre un líquido y un gas, o entre dos líquidos inmiscibles, debido a la atracción molecular debajo de la superficie del líquido. Insertar figura 1.6
  • 24. Valores aprox. de propiedades de líquidos comunes Insertar tabla 1.3
  • 25. TENSION SUPERFICIAL Es una fuerza que produce efectos de tensión en la superficie de dos líquidos en contacto. O con un contorno sólido. El origen de esta fuerza es la cohesión intramolecular y la fuerza de adhesión del fluido al sólido.
  • 26. TENSION SUPERFICIAL Fenomenos de tensión superficial a)contacto entre el agua y el vidrio b) contacto entre el mercurio y vidrio c) Elevacion capilar.
  • 28. CAPILARIDAD En un líquido a cualquier temperatura ocurre evaporación, es decir que en la superficie libre de este existe un constante movimiento de moléculas que escapan de dicha superficie. Si el líquido se encuentra en un recipiente cerrado , y sobre su superficie queda un espacio libre, este espacio quedará saturado de vapor y ya no se evaporará más líquido. Si aumenta la temperatura aumenta la presión de saturación y se evapora más líquido. Esto significa que, todo fluido tiene para cada temperatura un presión (Ps), llamada presión de saturación del vapor a esa temperatura, o que a cada presión corresponde una temperatura(ts) llamada temperatura de saturación de vapor a esa presión.
  • 30. El módulo de elasticidad es una característica del material que caracteriza la compresibilidad de un líquido - cuan fácil una unidad del volumen fluido puede ser cambiada al cambiar la presión que trabaja sobre ella. V dV dP E   Módulo de Elasticidad
  • 32. Viscosidad Aunque las moléculas de los líquidos pueden deslizarse una sobre otras, esto no ocurre con igual facilidad para todos los líquidos; esta resistencia lo da la viscosidad. Viscosidad es la propiedad molecular que representa la resistencia del fluido a la deformación.
  • 33. Viscosidad y v       Viscosidad dinámica Gradiente de velocidad (Pa · s = N·s/m2) (1 Pa · s = 10 Poise) y v v+ dv F A Esfuerzo cortante
  • 34. Viscosidad  En los líquidos depende principalmente de la cohesión entre las moléculas del fluido.  En los gases depende principalmente del grado de agitación molecular.
  • 35. Viscosidad •Esfuerzo de corte ().- Es la fuerza tangencial sobre un área A F  
  • 36. Viscosidad y Av K F  y v K A F  dy dv K   dy dv     •Fuerza (F).- La experiencia a demostrado que la fuerza varia directamente proporcional con el área y la velocidad e inversamente con la separación entre las placas; todo ello multiplicado por un coeficiente de proporcionalidad. Es la ley de newton de viscosidad
  • 37. Viscosidad dy dv        •Velocidad angular de deformación (): Llamado también velocidad de corte, que es la relación entre la variación de velocidad y la variación de la distancia entre las placas. •Coeficiente de viscosidad ().- Es un termino cuantitativo, que se define como la relación entre el “esfuerzo de corte” () y la “velocidad angular de deformación” ().
  • 38. Viscosidad dv dy    s m kg s Pa m s N . . . 2   s cm g Poise cm s Dina . . 2   VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINÁMICA () La constante de proporcionalidad  es llamada viscosidad absoluta, y tiene las dimensiones de : Unidades: Sistema MKS: Sistema CGS:
  • 39. Viscosidad     s m2 Stokes s cm  2 1.VISCOSIDAD CINEMÁTICA () Es el coeficiente de viscosidad medido cuando los fluidos están en movimiento. Se mide directamente en los viscosímetros capilares, en las que la tensión de cizalladura la proporciona el propio liquido de alimentación, y no depende solo de la altura de la columna sino también de la densidad () del liquido. La viscosidad cinemática es el cociente de la viscosidad dinámica entre la densidad del fluido. Unidades: Sistema MKS : Sistema CGS :
  • 40. CLASIFICACION DE FLUIDOS POR SU VISCOSIDAD FLUIDOS NEWTONIANOS Los esfuerzos de corte () con respecto a la velocidad angular de deformación () siguen una relación lineal. Estos líquidos son químicamente puros y físicamente homogéneos. Ejemplo: leche, miel de abeja, agua, aceites vegetales algarrobina, soluciones azucaradas
  • 41. CLASIFICACION DE FLUIDOS POR SU VISCOSIDAD FLUIDOS NO NEWTONIANOS No siguen la ley de newton. En estos líquidos se mide mas bien la viscosidad aparente o consistencia, y esta no es constante, varia con la velocidad angular de deformación o el esfuerzo de corte; también puede variar con el tiempo. Estos líquidos no son químicamente puros ni físicamente homogéneos.
  • 42. PROBLEMAS DE VISCOSIDADES PROBLEMA 1: Con respecto a la figura la distancia entre placas es y = 0.5 cm, v = 10 cm/s y e3l fluido es alcohol etílico a 273ºK, cuta viscosidad es 1.77 cp (0.0177 g/cm.s). Calcúlese el esfuerzo cortante () y el gradiente de velocidad o de velocidad cortante (dv/dy).
  • 43. PROBLEMAS DE VISCOSIDADES PROBLEMA 2: Entre un disco circular de 100 mm de diámetro y una placa plana hay una holgura de 0.25 mm está llena de un aceite cuya viscosidad es 0.6 poise. ¿Cuál es el torque necesario para hacer girar el disco a 1800 RPM?
  • 44. PROBLEMA 4: Un eje de 50 mm de diámetro gira a razón de 1400 rpm en un punto de cojinete cuya holgura radial es 0.8 cm. El cojinete tiene una longitud de 100 mm; determine: 1.El torque cuando la holgura está llena de un aceite cuya viscosidad es 1 poise. 2.La potencia necesaria para hacer girar el eje 1400 rpm.
  • 45. Si u=0.045poises, densidad relativa =0.75, determinar a) u en unidades técnicas b) v en Stokes c) v en unidades técnicas (M.K.S)
  • 46. Un líquido tiene un peso específico de 59 lb/pie3 y una viscosidad dinámica de 2.75 lb.s/pie2. Determine su viscosidad cinemática.
  • 48. Construya un viscosímetro con dos cilindros concéntricos de 30 cm de largo, uno 20 cm de diámetro y el otro 20.2 cm de diámetro. Se requiere un par de torsión de 0.3 N.m para hacer girar el cilindro interno a 400 rpm. Calcule la viscosidad.