Mecánica de FluidosINTRODUCCION

Presión Densidad, peso específico, flujo, nivel, temperatura …

Mecánica de Fluidos

En la Agroindustria se mueven anualmente millones de metros cúbicos de líquidos de todas las clases y categorías, transportados por tuberías, con el fin de realizar múltiples procesos y abastecimientos a la industria dedicada a la transformación de los materiales primarios agropecuarios.

Ramas de la mecánica de fluidosRamas de la mecánica de fluidos� La estática de fluidos, que trata los fluidos en el

estado de equilibrio sin esfuerzo cortante.

� La dinámica de fluidos, que trata los fluidos cuando partes de los mismos se mueven con relación a otras.

FLUIDO Un fluido se define como una sustancia que se

deforma de manera continua cuando actúa sobre ella un esfuerzo cortante de cualquier magnitud.

Una sustancia en la fase liquida o en la gaseosa se conoce como fluido.

El agua, aceite y aire fluyen cuando sobre ellos actúa un esfuerzo cortante.

El conocimiento de los fluidos es esencial, no solamente para tratar con exactitud los problemas de movimiento de fluidos a través de tuberías, bombas y otros tipos de aparatos, sino también para el estudio del flujo de calor y de muchas operaciones de separación que dependen de la difusión y la transferencia de materia.

Propiedades de los fluidos

� Densidad � Módulo de elasticidad � Presion� Volumen específico y densidad relativa� Viscosidad� Tensión Superficial: Capilaridad

Variables que describen el flujo de fluidos

 Propiedades del fluido:•  Densidad (ρ) [kg m-3]•  Viscosidad (µ) [kg m-1 s-1]

 Régimen del flujo:•  Velocidad (V)  [m s-1]    

•  Caudal de fluido:          -  Másico  (m) [kg s-1]          -  Volumétrico (QV)  [m3 s-1] 

 

 Parámetros de estado del  flujo:

•  Presión (P)                 [Pa = N m-2 = kg m-1 s-2]

  Parámetros de la conducción:

• Diámetro (D)                   [m]

• Rugosidad interna (ε)          [m] 

Densidad La  densidad  es  una  de  las  propiedades  más  habituales  y 

útiles en el estudio de los fluidos: relaciona la masa de una porción de fluido y el volumen que esta porción ocupa

Se expresa como: ρ = m / v

Sus unidades son:

g / cm3 = g / mL

kg / L = 1000 kg / m3  

lb / pie3

Densidad

2 kg,  4000 cm3

Madera

177 cm3

45.2 kg

Plomo:  11,300 kg/mPlomo:  11,300 kg/m33

Madera:    500 kg/mMadera:    500 kg/m33

4000 cm3

Plomo

Mismo volumen

2 kgPlomo

Misma masa

Vm

ρ volumen

masaDensidad == ;

Densidad : Se entiende por densidad absoluta o simplemente densidad de un fluido homogéneo, al cociente entre la masa y el volumen de la sustancia, expresada por tanto, en kilogramos por cada metro cúbico (kg/m3) o en otras unidades equivalentes. 

V

m=ρ Ec’n 1

Peso Específico : Se entiende por peso específico absoluto, o simplemente peso específico (Pe), al peso de una unidad de volumen de la sustancia, expresado por tanto, en Newton por cada metro cúbico o en otras unidades equivalentes 

VW=γ Ec’n 2

g⋅= ργ Ec’n 3

Se entiende por densidad relativa o gravedad específica (sg) al cociente entre la masa de la sustancia y la masa de un volumen igual de agua. 

agua

ciaSubsr m

m tan=ρ Ec’n 4

Ejemplo 1: La densidad del acero es 7800 kg/m3. ¿Cuál es el volumen de un bloque de acero de 4 kg?

4 kg

3

4 kg;

7800 kg/m

m mV

Vρ

ρ= = =

V = 5.13 x 10-4 m3V = 5.13 x 10-4 m3

¿Cuál es la masa si el volumen es 0.046 m3?

3 3(7800 kg/m )(0.046 m );m Vρ= =

m = 359 kgm = 359 kg

La fuerza ejercida sobre un cuchillo se concentra en una superficie muy pequeña (el filo) produciendo una elevada presión sobre los objetos deformándolos (corte).

Un esquiador ejerce una presión baja sobre la nieve, debido a que su peso se distribuye sobre la superficie de los esquíes, de esta manera el efecto deformador de su peso disminuye y no se hunde.

¿QUÉ ES PRESIÓN? Es muy común que las fuerzas se ejerzan sobre

una superficie. De ahí que se defina la presión como la fuerza ejercida (perpendicularmente) sobre la unidad de superficie.

P = F/A

� P: Presión (Pa)� F: Fuerza (N)� A: Área (m²)

F = masa * aceleración constante de la gravedad F = m * a

Cte de gravedad = 9,81 m/s2

Unidad de medida

La unidad de presión en el Sistema Internacional (S.I.) es el N/m2 que recibe el nombre de pascal (Pa) en honor de Blaise Pascal.

Blaise Pascal (1623-1662)Clermont-Ferrand (Francia)

Presión

La presión puede darnos una medida del efecto deformador de una fuerza.

A mayor presión mayor efecto deformador.

PresiónLa presión es la razón de una fuerza F al área A sobre la que se aplica:

A = 2 cm2

1.5 kg

2

-4 2

(1.5 kg)(9.8 m/s )

2 x 10 m

FP

A= =

P = 73,500 N/m2P = 73,500 N/m2

AF

P ;Área

FuerzaPresión ==

Presión de fluido

Un líquido o gas no puede soportar un esfuerzo de corte, sólo se restringe por su frontera. Por tanto, ejercerá una fuerza contra y perpendicular a dicha frontera.

• La fuerza F ejercida por un fluido sobre las paredes de su contenedor siempre actúa perpendicular a las paredes.

Flujo de agua muestra ⊥ F

Presión de fluido

El fluido ejerce fuerzas en muchas direcciones. Intente sumergir una bola de hule en agua para ver que una fuerza ascendente actúa sobre el flotador.

• Los fluidos ejercen presión en todas direcciones.

F

PRINCIPIOS DE PASCAL

Si en un punto de un fluido se ejerce una presión, ésta se transmite de forma instantánea y con igual intensidad en todas direcciones.

PRIMER PRINCIPIO

Propiedades de la presión de fluido

� Las fuerzas ejercidas por un fluido sobre las paredes de su contenedor siempre son perpendiculares.

� La presión del fluido es directamente proporcional a la profundidad del fluido y a su densidad.

� A cualquier profundidad particular, la presión del fluido es la misma en todas direcciones.

� La presión del fluido es independiente de la forma o área de su contenedor.

� Las fuerzas ejercidas por un fluido sobre las paredes de su contenedor siempre son perpendiculares.

� La presión del fluido es directamente proporcional a la profundidad del fluido y a su densidad.

� A cualquier profundidad particular, la presión del fluido es la misma en todas direcciones.

� La presión del fluido es independiente de la forma o área de su contenedor.

LA PRESIÓN EN LOS FLUIDOS

El concepto de presión es muy útil cuando se estudian los fluidos, éstos ejercen una fuerza sobre las paredes de los recipientes que los contienen y sobre los cuerpos situados en su seno. Las fuerzas, por tanto, no se ejercen sobre un punto en concreto, sino sobre superficies.

Segundo principio de Pascal

PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA

La presión ejercida por un fluido de densidad ρ en un punto situado a una profundidad h de la superficie es numéricamente igual a la expresión indicada:

P = ρ g h

De aquí se deduce que la presión, depende de la profundidad y de la naturaleza del fluido.

h

PRINCIPIOS DE PASCAL

Si en un punto de un fluido se ejerce una presión, ésta se transmite de forma instantánea y con igual intensidad en todas direcciones.

El aire está formado por partículas de gases(nitrógeno, oxígeno, argón, vapor de agua,etc.). Por su masa, el aire es atraido por la gravedad

Presión atmosférica

Presión atmosférica: peso (fuerza) del aire presionando en una unidad de área en el suelo

Presión atmosférica

Al subir, disminuye la columna de aire sobretí.Menos aire, menos masa, menos fuerza,menos presión.

Se reduce con la altura

PRESION ABSOLUTA

TENSION SUPERFICIALEs el fenómeno por el cual la superficie de un líquido se

comporta como una pequeña película elástica. Puede representarse como la cantidad de energía

necesaria para aumentar la superficie de un líquido por unidad de área.

A nivel microscópico se debe a que las moléculas del interior están sometidas a distintas fuerzas que las de la superficie.

La tensión superficial puede afectar impidiendo, por ejemplo, el hundimiento de un clip en el agua. (

Propiedades de los líquidos

Viscosidad es una medida de la resistencia de los líquidos a fluir

-La viscosidad disminuye al aumentar la temperatura (las moléculas adquieren energía y se mueven más fácilmente)

-Los líquidos que tienen fuerzas intermoleculares fuertestienen viscosidades altas (menor movimiento de las moléculas)

ViscosidadLos gases y los líquidos tienen una propiedad conocida como la viscosidad.

Se puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un liquido, resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia.

La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del movimiento de una capa de fluido con respecto a otro y es completamente distinta de la atracción molecular.

La viscosidad

Propiedad física del fluido, sólo depende de su naturaleza. Varia con la temperatura y, en menor medida, con la presión.

Indica la resistencia que ofrece un cuerpo a fluir, es decir a moverse en una dirección dada. Esta relacionada con el desplazamiento de unas capas de las moléculas constitutivas del fluido con respecto a otras y los entrecruzamientos que se producen.

La viscosidad del fluido determina la existencia de un gradiente (perfil) radial de velocidades para el flujo interno de un fluido a través de una conducción.

¿A qué se debe?

La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento que produce el movimiento de una capa de fluido con respecto a otro.

Este movimiento produce una fuerza tangencial a la que se oponen las moléculas de la capa inferior.

Puede considerarse como causada por el rozamiento ó fricción interna entre las moléculas y se presenta tanto en líquidos como en gases aunque en éstos suele ser despreciable.

B

BAJA VISCOSIDAD