Subido por Jesus Velasquez

01 Clase 1 y 2

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FENÓMENOS DE
TRANSPORTE I
(TF-1221)
(Mecánica de Fluidos)
jmvelasquezf@usb.ve
PROGRAMA
• Introducción: Hipótesis del continuo. Definición de fluido. Postulados fundamentales. Comportamiento de
los materiales ante fuerzas externas. Definición de esfuerzo. Viscosidad y relación de Newton. Fluidos
Newtonianos y no-Newtonianos. Estimación de la viscosidad
• Estática: Presión. Ecuación fundamental de la Estática de los Fluidos. Manómetros. Fuerzas sobre
objetos sumergidos. Principio de Arquímedes. Tensión superficial. Ecuación de Laplace-Young. Capilaridad.
• Cinemática: Campo de velocidades. Tipos de flujo. Descripción puntual del movimiento: Descripción
Lagrangiana y Euleriana del movimiento. Derivadas parcial, total y material. Líneas de corriente. Teorema
del Transporte de Reynolds Conservación de la Masa: Ecuación de Continuidad.
• Dinámica: Principio de Conservación de la Cantidad de movimiento: Ecuación de Cauchy. Ecuaciones de
movimiento en diferentes sistemas coordenados. Ecuaciones de Navier-Stokes. Condiciones de borde.
• Ecuaciones de movimiento en régimen laminar: Flujo estacionario unidimensional en tubos circulares.
Ecuación de Hagen-Poiseuille. Flujo de Couette.
• Capa límite: Introducción a la teoría de la capa límite. Capa límite sobre una placa plana: Solución de
Blasius. Relaciones para capa límite turbulenta sobre una placa plana. Análisis dimensional. Coeficiente de
arrastre: Definición y aplicaciones. Construcción de números adimensionales.
• Balances Macroscópicos: Balances macroscópicos de masa y cantidad de movimiento. Ecuación de la
energía mecánica. Ecuación de Bernoulli.
• Flujo en tuberías: Factores de fricción. Pérdidas de carga en tuberías y accesorios.
• Bombas: Clasificación: rotatorias, reciprocantes y centrífugas. Bombas centrífugas: curvas características,
eficiencia, selección. Cabezal neto positivo de succión (NPSH).
• Medidores de flujo: Rotámetro, Placa orificio, Tobera y Venturi. Medidores de velocidad: Tubo de Pitot.
Hipótesis del medio continuo
La hipótesis del medio continuo establece
que un fluido o un sólido deformable pueden
ser adecuadamente MODELADOS
MATEMÁTICAMENTE como continuos,
donde la densidad del medio es un campo
escalar continuo, que la velocidad, la
aceleración son campos
vectoriales continuos, y que las
tensiones en el interior del fluido vienen
dadas por un campo tensorial continuo e
igualmente para otras magnitudes
relevantes, se asume que vienen descritas
por algún tipo de campo continuo.
¿Qué es un FLUIDO?
Se denomina FLUIDO a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas
solo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de
forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendientes a recuperar la forma “original”.
La Mecánica de Fluidos es la ciencia que trata del comportamiento de los fluidos en reposo o en
movimiento, así como de la interacción con sólidos u otros fluidos, en las fronteras.
En Fenómenos de Transporte se consideran los eventos donde se aprovechan las propiedades de los
fluidos para el intercambio de energía entre dos potenciales.
Propiedades físicas de la materia
Las propiedades físicas de la materia son las características visibles y propias de una sustancia que
pueden ser medidas y no producen nuevas sustancias químicas.
Las propiedades EXTENSIVAS son dependientes de la MASA mientras que las INTENSIVAS, no
Propiedades mas utilizadas en FLUIDOS:
Otras Propiedades mecánicas y termodinámicas...
Coeficiente de Compresibilidad (Módulo de Elasticidad de Volumen)
Coeficiente de Expansión Volumétrica (Expansividad Volumétrica)
Viscosidad
La VISCOSIDAD de un fluido es una medida de su resistencia a las deformaciones graduales producidas
por tensiones cortantes o tensiones de tracción.
Definiciones previas:
Condición de NO deslizamiento: Un fluido en contacto directo con un sólido se pega a la superficie debido
a los efectos viscosos y no hay deslizamiento en la zona de contacto.
Perfil de Velocidades:
Representación gráfica de la velocidad de un fluido, en función de la distancia perpendicular a la dirección
del flujo.
Flujo de Couette:
En mecánica de fluidos, Flujo de Couette se refiere al flujo laminar de un fluido viscoso en el espacio entre
dos planos paralelos (placas), en el que uno está en movimiento relativo con respecto al otro.
En mecánica de sólidos, si se somete un medio continuo sólido (Goma por ejemplo) a fuerzas de tipo
CORTANTE, éste se deforma de manera PROPORCIONAL hasta cierto límite.
El esfuerzo cortante es
proporcional a la deformación
y viene dado por:
Definición matemática de la VISCOSIDAD
Por similaridad de
Triángulos:
Entonces:
Derivando u con
respecto a (y):
La deformación del fluido es proporcional a la
velocidad de la placa superior. El diferencial de
desplazamiento es proporcional al ángulo de
deformación con respecto a la vertical, entonces:
De aquí se puede decir que:
Debido a que el esfuerzo cortante es proporcional a la deformación y ésta es a su vez proporcional a la
velocidad :
y
Al término µ que representa el factor de proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad se le
denomina:
VISCOSIDAD DINÁMICA
La viscosidad dinámica se mide, en unidades del sistema internacional (MKS), en Pascal.Segundo (Pa·s), o
New·s·m-2, o kg·m−1·s−1. En el sistema CGS se denomina POISE (P), donde:
1 Poise = 1 [P] = 10-1 [Pa·s] = [10-1 kg·s-1·m-1]
Viscosidad Cinemática
Tipos de fluidos segun la viscosidad
En el Sistema CGS se utiliza el STOKES (St).
1 St = 100 cSt = 1 cm2/s = 0.0001 m2/s
La ecuación característica para fluidos NO
newtonianos es dada por la “Ley de
Potencias”
Fluidos Newtonianos
Un fluido newtoniano es un fluido cuya VISCOSIDAD puede considerarse constante.
En términos “Generales” la FUERZA DE CORTE que se produce por interacción viscosa entre un fluido y
una SUPERFÍCIE DE CONTACTO con un sólido viene dada por:
Si el “Espesor” de la capa de fluido es
pequeño, se puede considerar que:
La fuerza cortante se puede calcular de la siguiente manera:
Resumen y Ejemplos:
https://view.genial.ly/5c56cc95a558062c2eb327ab/interactive-content-viscosidad
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