ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL – FILIAL CUSCO
MECANICA DE FLUIDOS I
CAP. II: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Docent Doc ente: e: GO GORKI RKI F. ASCUE SAL SALAS AS Ingeniero Civil – Ma Magist gist er en Ciencias Ciencias de la Geoinf Geoinf ormación y Observación de la Tierra Tierra mención Eva Evaluación luación de Recur Recur sos Hídric os
2.1 Propiedades de un fluido
Densidad ( ): Es una de las propiedades más habituales y útiles en el estudio de los fluidos, y viene a ser la masa (m) contenida en una unidad de volumen (V). Se expresa como:
m gr , Kg Kg , l b, slug
3 3 3 V cm , m , pie
Equivalencias: 1 Kg = 1000 gr = 2.2046 lbs 1 slug = 32.174 32.174 lb lb = 14.59 14.59 Kg 1 m3 = 35.32 pie3 = 1000 L
2.1 Propiedades de un fluido
Peso especifico ( ): Es la fuerza gravitacional (g) ejercida sobre la masa (m), llamada peso (W) contenida en una unidad de volumen (V) y se expresa como:
W N , Kgf , lbf , slug
V
Equivalencias: 1 N = 1 Kg.m/s2 = 105 dinas 1 Kgf = 9.81 N = 2.2046 lbf 1000 Kg/m3 = 1.94 slug/pie3
Relación entre peso específico y densidad: La densidad y el peso especifico están relacionados del siguiente modo: W m.g m
m3, pie3, L
V
V
Aceleración de la gravedad (g):
V
g
g
g
2.1 Propiedades de un fluido
Densidad relativa o gravedad especifica ( ρr): La densidad relativa de una sustancia, se define como la razón entre la densidad de la sustancia y la densidad del agua a una temperatura determinada (4°C). sus cia sus cia r
tan
agua
tan
agua
Densidad relativa de líquidos mas usuales:
2.1 Propiedades de un fluido
Viscosidad: Es la propiedad molecular que representa la resistencia del fluido a la deformación. También se puede definir como la resistencia de los fluidos a fluir, a mayor viscosidad se tiene menor flujo. Aunque las moléculas de los líquidos pueden deslizarse una sobre otras, esto no ocurre con igual facilidad para todos los líquidos, esta resistencia la da la viscosidad.
2.1 Propiedades de un fluido
La viscosidad en los líquidos depende principalmente de la cohesión entre las moléculas del fluido, y en los gases depende principalmente del grado de agitación molecular. Existen 2 tipos de viscosidad; dinámica y cinemática. Viscosidad dinámica: Es la responsable de las fuerzas de fricción entre capas adyacentes de fluido, a estas fuerzas se denominan de esfuerzo cortante y dependen del gradiente de velocidades del fluido (Ley de Newton).
2.1 Propiedades de un fluido
Esfuerzo cortante: Es la resistencia por unidad de superficie que aparece entre dos laminas deslizantes: Viscosidad dinámica
v y
dv N , Kgf , lbf , slug
dy
Esfuerzo cortante
2
m , pie
Gradiente de velocidad
2
2.1 Propiedades de un fluido
Viscosidad cinemática ( ): Se define como la razón entre la viscosidad dinámica ( ) y la densidad ( ).
cm
2
2 2 , m , pie
s
Equivalencia: 1 stoke = 1 cm2/s = 1 dina/ poise 1 poise = 1 dina . s/cm2 1 Kgf = 9.81 N = 9.81 x 105 dinas
Los fluidos se clasifican según el comportamiento que presenten al relacionar la tasa de deformación (dv/dy ) con la resistencia ofrecida por el fluido, en fluidos newtonianos y fluidos no newtonianos. Fluidos newtonianos: Presentan una relación lineal entre el esfuerzo y la tasa de deformación, y se t ú l L d Vi id d d N t
2.1 Propiedades de un fluido
Fluidos no newtonianos: Cuando presentan un comportamiento no lineal y son estudiados por la Reología (relaciona el esfuerzo y la deformación en los materiales que son capaces de fluir).
Esfuerzo cortante vs Velocidad
Viscosidad aparente vs Velocidad
2.1 Propiedades de un fluido
Tensión superficial: Es la energía necesaria para crear un área superficial, trasladando las moléculas de la masa líquida a la superficie de la misma, y mide la capacidad de soporte de tensiones de la superficie de un liquido. Es decir, mide las fuerzas internas que hay que vencer para poder expandir el área superficial de un líquido. A mayor tensión superficial, mayor es la energía necesaria para transformar las moléculas interiores del líquido a moléculas superficiales. El agua tiene una alta tensión superficial, por los puentes de hidrógeno.
2.1 Propiedades de un fluido
Capilaridad: Es el fenómeno por el cuál un líquido asciende por tubos muy estrechos. El líquido asciende debido a las fuerzas atractivas entre sus moléculas y la superficie interior del tubo. Estas fuerzas son las llamadas fuerzas de adhesión. El contacto de un líquido con las paredes del tubo de sección circular que lo contiene se realiza formando un menisco o ángulo de contacto (Ө). La componente vertical de la fuerza debida a la tensión superficial (T) es: y el peso de la columna es: Igualando ambas fuerzas, se tiene:
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 1: Streeter
–
Ejercicio 1.3.1 (Pág. 15)
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 2: Streeter
–
Ejercicio 1.3.2 (Pág. 15)
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 3: Streeter
–
Ejercicio 1.3.3 (Pág. 15)
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 4: Giles – Problema 42 (Pág. 26)
1 poise 1 N
Hg Hg
Hg
dina.s / cm
10
1Kgf 1m
1
10
5
5
dinas 1dina 10 N
9.81N 2
0.0158 9.81 x10
Kgf .s / m 4
2
2
1
N
1
9.81 2
cm 1cm 10 m
0.0158 poises 0.0158dina.s / cm 2 2 105 2 0.0158 Kgf .s / 10 m 9.81
2
Kgf
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 5: Giles – Problema 43 (Pág. 26)
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 6:
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 7:
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 8:
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 9:
2.2 Ejercicios de Aplicación
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 10:
2.2 Ejercicios de Aplicación
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 11:
2.2 Ejercicios de Aplicación
2.2 Ejercicios de Aplicación
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejemplo 12:
2.2 Ejercicios de Aplicación
Ejercicio Propuesto:
2.3 Tarea 1.2
Individual: Realizar un ensayo acerca de un experimento de una de las propiedades del fluido (densidad, peso especifico, densidad relativa o gravedad especifica, tensión superficial, viscosidad, capilaridad, etc). Grupal: Cada grupo resolverá 10 ejercicios de los propuestos en los libros y en la diapositivas adicionales entregadas en el material de estudio. Fecha limite de entrega: El día programado para el Examen Pre-parcial. Enviar al correo
[email protected].
