MECÁNICA DE FLUIDOS PROPIEDADES Y DEFINICIONES. José Agüera Soriano

Transcripción

1 MECÁNICA DE FLUIDOS DEFINICIONES PROPIEDADES Y DEFINICIONES PROPIEDADES José Agüera Soriano

2 DEFINICIONES Y CONCEPTOS PRELIMINARES SISTEMA FLUJO PROPIEDADES DE UN FLUIDO VISCOSIDAD DE TURBULENCIA José Agüera Soriano

3 Sistema Cualquier porción de materia a estudiar. Un fluido será el sistema elegido. A la superficie, real o imaginaria, que lo enuele se llama límite, frontera o contorno. El conjunto de arios sistemas puede formar uno solo; o bien, un sistema puede descomponerse en muchos, incluso infinitos, sistemas parciales. José Agüera Soriano

4 Medio exterior de un sistema El conjunto de sistemas que influye sobre el sistema en estudio será el medio exterior de éste. El medio ambiente suele formar parte del medio exterior. La influencia sobre el sistema puede ser térmica debida a una diferencia de temperaturas, o mecánica debida a una diferencia de presiones. José Agüera Soriano

5 Clasificación de sistemas Sistema cerrado Es aquel cuya masa no aría durante un cambio de situación; por ejemplo, cuando el émbolo pasa de la posición I a la posición II. receptor h mecánico p S a p S sistema (gas) F F m I II José Agüera Soriano 2012

6 Sistema abierto, o flujo Es aquel que fluye con relación a un contorno. olumen de control José Agüera Soriano 2012

7 FLUJO Sección transersal La que es perpendicular al eje de simetría del flujo. Línea de flujo La formada por la posición instantánea de una serie de partículas, que forman como un hilo; cada partícula ha de estar en la dirección del ector elocidad de la anterior. José Agüera Soriano

8 Tubo de flujo Una superficie (ds, por ejemplo) está rodeada por líneas de flujo que formarán una superficie tubular (como una tripa). Al fluido que circula en su interior se le llama tubo de flujo. 2 1 ds S José Agüera Soriano

9 Caudal Llamamos caudal (olumétrico) Q al olumen de fluido que atraiesa una sección en la unidad de tiempo, y caudal másico a la masa correspondiente: m dq ds m Q 2 Q S ds 1 ds S José Agüera Soriano

10 En función de la elocidad media V dq Q S Q ds ds V S S perfil de elocidades V José Agüera Soriano

11 Clasificaciones de flujo Permanente, o estacionario Las características medias no arían con el tiempo (AB y CD). Variable, o transitorio Varían con el tiempo (BC); por ejemplo, cuando maniobramos una álula. V V A B V ' C D t 1 t 2 tiempos José Agüera Soriano

12 Clasificaciones de flujo Uniforme La elocidad no aría en el trayecto (entre 1 y 2). No uniforme Cuando sí aría (entre 2 y V). 1 2 V José Agüera Soriano

13 Clasificaciones de flujo Laminar Flujo ordenado Turbulento Flujo desordenado laminar turbulento V V José Agüera Soriano

14 Experimento de Reynolds Ensayó en qué situación el régimen en una tubería circular pasaba de laminar a turbulento, que es cuando dejaba de isualizarse la línea teñida a su paso por A. Más adelante eremos cuándo ocurre esto. A V José Agüera Soriano

15 Osborne Reynolds Belfast ( ) José Agüera Soriano

16 PROPIEDADES DE UN FLUIDO Propiedades de un fluido son aquellas magnitudes físicas cuyo alor nos define el estado en que se encuentra. Son propiedades la presión, la temperatura (común a todas las sustancias), la densidad, la iscosidad, la elasticidad, la tensión superficial, etc. José Agüera Soriano

17 Definición de un fluido Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente (ángulo a) cuando se le aplica un esfuerzo tangencial por pequeño que sea. Con un df, la placa se moería a una elocidad du. B B' F C C' u F placa móil A a sólido a constante D B A u B' B'' a a aría B''' fluido placa fija José Agüera Soriano

18 Viscosidad Viscosidad (m) de un fluido es la resistencia a que las distintas láminas deslicen entre sí. Ley de Newton de la iscosidad La resistencia debida a la iscosidad depende, además, de la ariación de elocidad entre las capas: elocidad de deformación (d/dy). No es lo mismo intentar sacar una cuchara de un tarro de miel despacio que rápido (mayor resistencia). B A u F u B' B'' a placa móil B''' placa fija José Agüera Soriano

19 Esfuerzo cortante A dicha resistencia, por unidad de superficie, que aparece entre dos láminas deslizantes, cuya ariación de elocidad es d y su separación dy es lo que se llama esfuerzo cortante: m d dy (ley de Newton) dy perfil de elocidades F perfil de elocidades placa móil dy d d' d > d placa fija lubricación d = d placa fija José Agüera Soriano

20 Isaac Newton (Inglaterra ) José Agüera Soriano

21 Unidades de iscosidad dinámica en el S.I. m dy d 2 N s/m o bien (1 N = 1 kg m/s2 ), m dy d kg/(m s) José Agüera Soriano

22 Viscosidad cinemática, n Por definición es el cociente entre la iscosidad absoluta y la densidad: En el S.I. de Unidades: n m n m kg/(m s) m 2 m 3 kg/m s José Agüera Soriano

23 En grados Engler ( o E): n o E 631 o E m s 2 En números SAE: A la temperatura de 50 o C, SAE o E Ver diagramas I y II, y tablas 4 (agua) y 5 (aire). José Agüera Soriano

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27 Causas de la iscosidad Cohesión molecular Intercambio de cantidad de moimiento La iscosidad en los líquidos se debe a la cohesión, y en los gases al intercambio de cantidad de moimiento. La cohesión y por tanto la iscosidad de un líquido disminuye al aumentar la temperatura. Por el contrario, la actiidad molecular y en consecuencia la iscosidad de un gas aumenta con ella. José Agüera Soriano

28 alta iscosidad José Agüera Soriano

29 Agua: baja iscosidad José Agüera Soriano

30 Aire: baja iscosidad José Agüera Soriano

31 COMPRESIBILIDAD Coeficiente de compresibilidad Líquidos: 1 Gases: p p 1 d dp 2 p Gases: 1 d dp p 1 Módulo de elasticidad olumétrico K K p líquido p + p José Agüera Soriano

32 Presión y temperatura de saturación t s = t(p s ) En instalaciones hidráulicas hay situaciones en las que la presión del agua puede disminuir tanto, que llega a herir. En una olla a presión el agua hiere a mayor temperatura; por eso la cocción es más rápida. Agua ps bar ts ºC 0, José Agüera Soriano

33 Caitación La burbujas de apor de agua, si se formaran, llegan a zonas de mayor presión, y el apor se condensa bruscamente. Quedan unas caidades acías que son rellenadas con ímpetu por el agua que las enuele (se han llegado a medir hasta el millar de atmósferas). Sólo duran milésimas de segundo; serían como picotazos que reciben las paredes, que serían corroídas en muy poco tiempo. José Agüera Soriano

34 Por ejemplo, a la salida del rodete de una turbina Francis coniene que el agua salga con bastante depresión; aunque sólo hasta el límite de caitación. rodete burbuja de apor caidad acía implosión tubo de aspiración José Agüera Soriano

35 corrosión por caitación José Agüera Soriano

36 José Agüera Soriano

37 Erosión por caitación José Agüera Soriano

38 Caitación en bombas hélice José Agüera Soriano

39 VISCOSIDAD DE TURBULENCIA Sobre cada partícula (M), actúa un par de fuerzas originado por las partículas 1 y 2. Si el par es pequeño respecto de la iscosidad del fluido, las partículas no giran: flujo laminar. De lo contrario, hay giro: flujo turbulento. Aparece un efecto similar a la iscosidad en los gases: iscosidad aparente y/o iscosidad de turbulencia (h), que lógicamente no es una propiedad del fluido: ( m h) d dy F 1 1 M F José Agüera Soriano

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