19401012 Arellano Huerta Bradon Raul Analisis de fluidos 11C 2 00 pm

Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Tepic
Academia de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Carrera: Ingeniería Mecatrónica
Materia: Análisis de Fluidos
Unidad 1
Fundamentos de Mecánica de Fluidos.
Profesor: Ing. José Antonio García Madrigal
Alumno: Arellano Huerta Brandon Raúl
No Control: 19401012
Unidad 1
Fundamentos de Mecánica de Fluidos
Introducción
En la física tenemos diversos fenómenos de estudio, tales como tiro parabólico,
leyes de newton; estos de la mecánica clásica, pero también tenemos el estudio
de la física de mecánica moderna la cual se enfoca en la relación de las fuerzas
en la naturaleza, física nuclear, entre otras cosas.
Dentro de todo este estudio tenemos el estudio de los fluidos, como sus
propiedades, movimiento, etc. A todo esto, le denominamos Mecánica de fluidos.
Los fluidos están presentes en gran parte de nuestro día a día, ya que estos
pueden ser gases o líquidos. Un ejemplo claro de esto son las cañerías públicas;
que para funcionar tienen una bomba que distribuye el agua a todas las casas
que están conectadas a las cañerías.
Antes de empezar el estudio metódico y hacer cálculos de los fluidos, hay que
entender, revisar y analizar que son los mismos, conceptos básicos y sus
unidades de medida. También haremos un poco de introducción a algunos
problemas sobre unidades de medida para aprender su uso y también
familiarizarnos con el uso de las unidades respectivas a cada una de las
propiedades mecánicas de los fluidos.
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Unidad 1
Fundamentos de Mecánica de Fluidos
Índice
1. - Sistemas de unidades
-1
2. - Clasificación de los fluidos -2
3. – Propiedades mecánicas de los fluidos
-3
4. – Problemas complementarios
-5
Anexos -6
Conclusiones -7
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Fundamentos de Mecánica de Fluidos
¿Qué son los sistemas de unidades de medida y para
qué sirven?
Los sistemas de unidades de medida son conjuntos de unidades confiables,
uniformes y adecuadamente definidas que sirven para satisfacer cualquier
necesidad. Existen varios y uno mismo puede inventarse cualquiera para así
satisfacer la necesidad de darle una “medida” a algo que no la tiene o que hará
más sencillo el entendimiento del mismo. Básicamente nos sirven para poder
tener las unidades de medida para lo que queramos medir y a lo que le queramos
dar una unidad. Aunque estrictamente hablando actualmente se usa solo uno en
México, el Sistema Internacional de unidades.
Sistemas de unidades
Actualmente se usan 2 sistemas principales, Sistema Internacional y el Sistema
Ingles. “El Sistema Internacional está basado en 7 unidades fundamentales, y
cinco suplementarias; además, define 19 unidades derivadas, aunque son
muchas las que se establecen simplemente como consecuencia y por la simple
aplicación de las leyes de la física y de los principios del antiguo sistema métrico.”
(González, Carlos, Metrología, 1995, 45).
El sistema internacional de unidades es el sistema más usado en todo el mundo
y sus magnitudes básicas son: masa, tiempo, intensidad de corriente eléctrica,
temperatura termodinámica, cantidad de sustancia e intensidad luminosa. Las
unidades básicas correspondientes son el metro, el kilogramo, el segundo, el
amperio, el kelvin, el mol y la candela.
El metro es la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un
tiempo de 1/299 792 458 de segundo.
El kilogramo es la unidad de masa; es igual a la masa del prototipo internacional
del kilogramo.
El segundo es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación
correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado
fundamental del átomo de cesio 133.
El amperio es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en
dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular
despreciable y situados a una distancia de 1 metro uno del otro, en el vacío,
produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2 e-7 newton por metro de
longitud.
El kelvin, unidad de temperatura termodinámica, es la fracción 1/ 273.16 de la
temperatura termodinámica del punto triple del agua.
El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades
elementales como átomos hay en 0.012 kilogramos de carbono 12; su símbolo
es “mol”.
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Fundamentos de Mecánica de Fluidos
La candela es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que
emite a radiación monocromática de frecuencia 540 e12 hercio y cuya intensidad
energética en dicha dirección de 1/683 vatio por estereorradián.
Otro sistema es el sistema cegesimal (CGS), que es uno basado en el
centímetro, el gramo y el segundo. Ha sido casi totalmente reemplazado por el
sistema internacional de unidades. Sin embargo, aún perdura su utilización en
algunos campos científicos y técnicos muy concretos. Sus unidades de medida
son: centímetro, segundo, gramo, gal, dina, ergio, baria, maxwell, gauss y d.
Clasificación de los fluidos
En base al mapa, podemos decir que existen varias formas de clasificarlos, sin
emb3.-ddjhakfaargo, dado que los fluidos tienen propiedades iguales, aunque no
del mismo valor ni intensidad; las dos clasificaciones principales, por el hecho de
que las otras son para englobarlos, son por densidad y viscosidad. Ciertamente,
es complicado dejarlo solo en una clasificación/tipo de fluido, aunque en gran
mayoría de la bibliografía solo se haga mención de su clasificación por
viscosidad.
No englobados.
Esta clasificación, en mi punto de vista, solo hace mención y nos recuerda que
los “movimientos” que tienen los átomos dentro de los fluidos no es ideal, osease,
que no siempre tiene un movimiento teórico perfecto.
El movimiento que hay en estos siempre será inconsistente, aunque puede darse
el caso que lleguen a ser ideales o, dicho de otra forma, contarán con una
constancia de velocidad.
Estado de agregación.
Mencionado anteriormente, los fluidos pueden ser líquidos o gases. Existen un
único caso aislado en el que el vidrio es considerado un fluido.
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Fundamentos de Mecánica de Fluidos
Viscosidad
La primera clasificación de los fluidos que nos concierne una explicación más
detallada de la misma, ya que la viscosidad varía mucho y además el esfuerzo
cortante varia en el tiempo.
Podemos tener dos tipos de clasificación de fluidos por viscosidad: Newtonianos
y No Newtonianos.
Los primeros son fluidos que en su mayoría son fluidos comunes tales el agua,
su viscosidad puede considerarse constante y por lo mismo son fáciles de
describir
A su contraparte los fluidos no newtonianos son más complejos, pues esto
pueden o no depender del tiempo, la viscosidad puede variar mucho por la
temperatura de este, y también por el esfuerzo cortante que se le aplique.
Entre ellos tenemos plásticos y pseudoplásticos, viscoelásticos y los fluidos de
Bingham.
Densidad
Respecto a la densidad manejaremos lo siguiente
La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos amplias categorías:
hidrodinámica y dinámica de los gases. La primera trata del flujo de fluidos en
los cuales no hay cambios de densidad, como flujos de LIQUIDOS o el flujo de
gases a bajas velocidades.
Por el otro, la dinámica de gases trata de los fluidos que sufren cambios
significativos de densidad.
Ósea que tenemos dos otras clasificaciones
-Compresible
Son aquellos fluidos de los que su densidad varia. Generalmente son los gases.
-Incompresible
Serán todos los que su densidad sea constante. Que básicamente como antes
se mencionó, si la densidad es constante, entonces estamos hablando de
líquidos.
Propiedades Mecánicas de los fluidos
Propiedad
Densidad
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Definición
Formula (si aplica)
La densidad p de un
p=m/V
elemento pequeño de
cualquier material es la
masa m del elemento
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Viscosidad
Presión
Gravedad especifica
Peso especifico
Estabilidad
Turbulencia
Capilaridad
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dividida
entre
su
volumen V
Cantidad de resistencia
opuesta a las fuerzas
cortantes. Razón entre
el
esfuerzo
y
la
deformación en el fluido.
Magnitud de la fuerza
normal por unidad de
área superficial.
La gravedad especifica
es la razón de la
densidad específica a la
densidad del agua a 4°C
Es el peso de la unidad
de volumen de dicha
sustancia.
Dada
cuando
las
partículas de un fluido no
se cruzan entre ellas, no
hay choques y apenas
hay rozamiento entre
ellas generando una
trayectoria uniforme.
La turbulencia se da
debido a la velocidad
con la que viajan los
átomos en el fluido, para
el cálculo de esas
fuerzas se tiene el
número de Reynolds
(Re)
La elevación o descenso
de un líquido en un tubo
capilar
vienen
producidos
por
la
tensión superficial.
N=FD/vA
p= F / A
sg=ps/pw
w=p/RT
Re=V(4R)/v
Problemas complementarios:
1. Si alguien intenta contrabandear lingotes de oro llenando su
mochila, cuyas dimensiones don 60cm x 28cm x 18cm, ¿Cuál sería
su masa?
Datos: 60 cm, 28 cm y 18 cm (0.60 m, 0.28 m y 0.18 m)
volumen = 0.03024 m^3
Densidad del oro: 19.3 kg/m^3; de la formula �=�/�
�=19.3 ��/�^3∗ 0.03024 �^3=0.5836 ��
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2. ¿Qué es numéricamente mayor: el peso específico de un objeto o
su densidad?
El peso específico porque se está multiplicando la densidad por la gravedad
3. ¿Qué pesa más, 870 kilogramos de latón o 3,5 pies cúbicos de
cobre?
Datos:
3.5 ft^3 de cobre (0.099109 m^3)
870 kg de latón
Densidad
del
cobre
8.9
kg/m^3
�=8900��/�^3∗ 0.099109�^3=882.0701��
de
la
formula
�=�/�
882.0701 kg > 870 kg, el cobre pesa mas
4. ¿Qué volumen ocupan 0,4 kg de alcohol? ¿Cuál es el peso de este
volumen?
0.4 kg de alcohol
Densidad del alcohol 810 kg/m^3
�= (0.4 ��)/(810 ��/�^3)=0.0004938271604�^3
�=0.4 ��∗ 9.8�/���^2=3.92 �
5. ¿Qué volumen de agua tiene la misma masa que 100 cm3 de
plomo? ¿Cuál es el peso específico del plomo?
Datos: 100 cm^3 de plomo
Densidad del plomo: 11.3 g/cm^3
Densidad del agua: 1 g/cm^3
�=100 ��3∗ 11.3�/��^3=1130 �
Ya que el agua es escala 1:1 se podría considerar que 1130 cm^3 de agua
equivalen a 100 cm^3 de plomo
6. Halle la presión en kilopascales producida por una columna de
mercurio de 60 cm de alto. ¿Cuál es esa presión en lb/in2 y en
atmosferas?
Datos: 60 cm de mercurio (0.60 m)
Densidad del mercurio: 13,600 kg/m^3
1 ln/in^2 = 6895 Pa
1 atm = 101,325 Pa
�=0.6 �∗ 13600 ��/�^3∗ 9.81�/�^2=80,050 ��=80 ���
80,050 ��/6895=11.6 ��/��^2
80,050 ��/101,325=0.79 ���
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Anexos
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Conclusiones
En general podemos hablar de los fluidos como parte de la naturaleza, y su
estudio no es más que teórico; ya que se complementa en realidad con el estudio
de otros materiales en conjunto para hacer un uso óptimo de los mismos.
Las aplicaciones que puede tener toda la teoría son mucho más extensas que
solo saber que simplemente existen en nuestro entorno, puesto que podemos
aprovechar todo este conocimiento para poder crear nuevas tecnologías
eficientes.
Bibliografía
Apuntes del curso Mecánica de fluidos
González González, C., & Zeleny Vázquez, R. (1995). Metrología. México: Mc
Graw Hill.
Ing. Fernando González. (2010). Introducción a la mecánica de fluidos.
Venezuela: Universidad Nacional Experimental del Táchira.
Ranal V Giles & Cheng Jack (1994) Mecánica de los fluidos e hidráulica. España
Mc Graw Hill
Robert L. Mott. (2006). Mecánica de fluidos. Naucalpan de Juárez, Edo. de
México: Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
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