MECNICA DE FLUIDOS

Introduccin

La Mecnica de los Fluidos es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en reposo o en movimiento y la interaccin de estos con slidos o con otros fluidos en las fronteras.

Un fluido se define como una sustancia que se deforma de manera continua cuando acta sobre ella un esfuerzo cortante de cualquier magnitud. Una sustancia en la fase lquida o en la gaseosa se conoce como fluido. El agua, aceite y aire fluyen cuando sobre ellos acta un esfuerzo cortante.

Si la fuerza F hace que la placa superior se mueva con una velocidad permanente (diferente de cero) sin importar que tan pequea sea la magnitud F, la sustancia entre las dos placas es un fluido.

El fluido en contacto inmediato con una frontera slida tiene la misma velocidad que la frontera; es decir , no existe deslizamiento en la frontera. Esta es una observacin experimental que ha sido verificada.

Los experimentos muestran que, siendo constantes otras cantidades, F es directamente proporcional a A y e inversamente proporcional al espesor dy

donde es el factor de proporcionalidad e incluye el efecto del fluido en particular.

La relacin w/t es la velocidad angular de la lnea ab, o es la rapidez de deformacin angular del fluido, es decir, la rapidez de decremento del ngulo bad.

La velocidad angular tambin se puede escribir dw/dy, ya que tanto w/t como dw/dy expresan el cambio de velocidad dividido por la distancia sobre la cual ocurre. Sin embargo, dw/dy es mas general, ya que es vlida para situaciones en las que la velocidad angular y el esfuerzo cortante cambian con y.

(dw/dy: rapidez con la que una capa se mueve con relacin con una capa adyacente).

En forma diferencial, la ecuacin

Es la relacin entre el esfuerzo cortante y la rapidez de deformacin angular para el flujo unidimensional de un fluido. El factor de proporcionalidad se denomina viscosidad del

fluido, y esta ecuacin es la ley de viscosidad de Newton

Los fluidos se clasifican en:

newtonianos (p. ej. gases o lquidos ms comunes) no newtonianos (p. ej. hidrocarburos espesos y de cadenas largas).

En un fluido newtoniano existe una relacin lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la tasa de deformacin resultante.

En un fluido no newtoniano existe una relacin no lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la tasa de deformacin angular.

Los gases y los lquidos mas comunes tienden a ser fluidos newtonianos, mientras que los hidrocarburos espesos y de cadenas largas pueden ser no newtonianos.

Si se considera un fluido no viscoso (por consecuencia el esfuerzo cortante es cero) e incompresible, entonces ste se conoce como un fluido ideal y se representa grficamente como la ordenada de la figura 2.

Un plstico ideal tiene un esfuerzo de fluencia definido y una relacin lineal constante de a du/dy.

Una sustancia tixotrpica (tinta de impresora), tiene una viscosidad que depende de la deformacin angular inmediatamente anterior a la sustancia y tiene una tendencia a solidificarse cuando se encuentra en reposo.

DENSIDAD ESPECIFICA O ABSOLUTA

PESO ESPECIFICO

DENSIDAD RELATIVA

VOLUMEN ESPECIFICO

COMPRESIBILIDAD

VISCOSIDAD

TENSION SUPERFICIAL

TENSION DEVAPOR

FLUIDO IDEAL

() =

1000

La densidad relativa del mercurio es 13,6 (tabla)

La densidad absoluta del mercurio ser:

13,6 1000 = 13600 /3

El peso especifico del mercurio ser:

=

=

= = 13600 9,81 = 133,416

3

El volumen especifico ser:

=1

=

1

13600= 7,3529 105

3

Cul es la densidad absoluta, el peso especifico y el volumen especifico del mercurio a 0C?

Ejemplo:

1.- 0.5 kg de alcohol etlico ocupan un volumen de 0.633 cm3. Calcular su densidad y peso especfico.

2.- Cuntos m3 ocuparn 1000 kg de aceite de linaza, si este tiene una densidad de 940 kg/ m3?

3.- Determine la masa de un cubo de 5 cm de arista si el material con que est construido es de cobre.

4.- Un objeto tiene una masa de 128.5 kg y un volumen de 3.25 m3 a) Cul es su densidad? b) Cul es su peso especfico?

5.- Un objeto tiene una masa de 2190 kg. a) Cul es el peso del objeto? b) Si el volumen que ocup es de 0.75 m3, Cul es su peso especfico?

Ejercicios

1.-) Datos: M = 0.5kg P = m/V Pe = pg V = 0.633 cm3 P = 0.5 kg/ 6.33*10-7 m3 Pe = (789889.41 kg/ m3)(9.81 m/s2) = 6.33*10-7 m3 P = 789889.41 kg/ m3 Pe = 7748815.11 nw/ m3

2.- Datos: M = 1000kg P = m/V P = 940 kg/m3 V = m / p V = ? V= 1000kg / 940 kg/m3 V = 1.063 m3

3.- Datos: V = 5cm = 0.05 m P = m/V V = 1.25x10-4 M = pv P = 8960kg/m3 M = (8960kg/m3)(1.25x10-4) M = ? M = 1.12 kg/m3

4.- Datos: M = 128.5kg P = m/v Pe = pg V = 3.25m3 P = 128.5kg / 3.25 m3 Pe = (39.53kg/m3)(9.81m/s2) P = ? P = 39.53 kg/m3 Pe= 387.78 Nw/m3 Pe = ?

5.- Datos: M = 2190kg W = mg Pe = w/v W = ? W= (2190kg)(9.81m/s2) Pe = 21483.9Nw/0.7m3 Pe = ? W= 21483.9 Nw Pe = 28045.2 Nw/m3 V = 0.75m3