MECANICA DE LOS FLUIDOS


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1 MECANICA DE LOS FLUIDOS 7 FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE FLUIDOS Ing. Alejandro Mayori

2 Flujo de Fluidos o Hidrodinámica es el estudio de los Fluidos en Movimiento Principios Fundamentales: 1. Conservación de la Masa 2. Energía Cinética. 7.1 INTRODUCCION Se llaman Líneas de Corriente a las trayectorias que siguen las partículas del Fluido. Podemos asemejar las líneas de corriente a las carreteras y a las partículas de fluido a los vehículos automotores

3 FLUJO DE FLUIDOS FLUÍDOS EN MOVIMIENTO

4 7.2 FLUJO DE FLUIDOS El Flujo de Fluidos puede ser: - Permanente o no Permanente - Uniforme o no Uniforme - Laminar o Turbulento - Unidimensional, Bidimensional o Tridimensional - Rotacional o Irrotacional

5 FLUJO LAMINAR

6 FLUJO TURBULENTO

7 7.2 FLUJO DE FLUIDOS El Flujo Unidimensional - Modulo, Dirección y Sentido de la Velocidad es constante - Se toma como única dimensión a la línea de corriente central de flujo - Se consideran como representativas del flujo completo los valores medios de la velocidad, presión y elevación - El flujo en tuberías puede considerarse unidimensional

8 El Flujo Bidimensional - Las partículas se mueven en planos o en planos paralelos y las líneas de corriente son idénticas en cada plano El Flujo Irrotacional 7.2 FLUJO DE FLUIDOS - Las partículas no tienen movimiento de rotación alrededor de su propio centro de gravedad

9 7.3 FLUJO PERMANENTE - La velocidad y otras variables del Flujo no varían con el tiempo - δv/δt = 0, δp/δt = 0, δρ/δt = 0, δq/δt = FLUJO UNIFORME - La velocidad y otras variables del Flujo no varían de un punto a otro - δv/δs = 0, δp/δs = 0, δρ/δs = 0, δq/δs = 0

10 7.5 LINEAS DE CORRIENTE - Curvas imaginarias que indican la dirección del movimiento de las partículas - Tangente en un punto a la línea de corriente es la dirección instantánea de la velocidad de la partículas en ese punto - Tangente a las líneas de corriente dan la dirección media de la velocidad - No hay movimiento perpendicular a las líneas de corriente

11 7.6 TUBOS DE CORRIENTE - Tubo imaginario delimitado por conjunto de líneas de corriente - Tubo de corriente es muy delgado, la velocidad en el punto medio es la velocidad media

12 7.7 ECUACION DE LA CONTNUIDAD En un tubo de flujo. Cconservación de masa: ρ 1 v 1 A 1 = ρ 2 v 2 A 2 Fluidos incomprensibles, ρ 1 = ρ 2 y v 1 A 1 = v 2 A 2 El producto velocidad x área es el Caudal Q

13 CAUDAL O GASTO Equivale al volumen de fluido que pasa por una determinada sección en cada unidad de tiempo. Se define operacionalmente mediante el cociente: Q = Volume / Dt

14 7.7 ECUACION DE LA CONTNUIDAD

15 7.7 ECUACION DE LA CONTNUIDAD

16 7.8 RED DE CORRIENTE - Red corriente conformada por - a) Una familia de líneas de corriente espaciadas de forma que el caudal q es el mismo entre cada dos pares de líneas - a) Otra familia perpendicular a las líneas de corriente espaciadas con la misma separación que las líneas e corriente

17 7.8 RED DE CORRIENTE

18 7.9 ENERGIA Y ALTURA DE CARGA - Energía Potencial V = W z - Energía Cinética T = W V 2 2g - Energía de Presión P = p A d = pw γ

19 7.9 ENERGIA Y ALTURA DE CARGA - Energia Total = V + T + P - E = W z + W V 2 2g + pw γ - Altura Carga = Energía Total dividida por W - H = z + V 2 2g + p γ - Z Cota topográfica, V 2 2g p γ Altura de Presión Altura de velocidad

20 E Sección 1 + E Añadida E Perdida = E Sección 2 E Perdida - p 1 + V 2 1 γ 7.10 ECUACION DE LA ENERGIA (PRINCIPIO DE BERNOULLI) 2g + z 1 + H A H L H E = p 2 + V 2 2 γ 2g + z 2

21 Deducción Ec de Bernoulli Conservación Energía W neto = DK + DU Fuerza ejercida por presiones p 1 A 1 y p 2 A 2 Trabajo W 1 = F 1 Dx = p 1 A 1 Dx 1 = p 1 V W 2 = F 2 Dx = -p 2 A 2 Dx 2 = -p 2 V,

22 DU = mgh 2 mgh 1 = ρvgh 2 - ρvgh 1 El trabajo neto es W 1 + W 2 = p 1 V p 2 V = (p 1 p 2 )V La variación de Energía cinética DT = mv mv = ρvv ρvv La Variación de energía potencial

23 Simplificando p 1 + ρv ρgh 1 = p 2 + ρv ρgh 2 La suma de la presión, (p), la energía cinética por unidad de volumen (1/2 r v 2 ) y la energía potencial gravitacional por unidad de volumen (r gy) tiene el mismo valor en todos los puntos a lo largo de una línea de corriente p + ρv2 2 + ρgh = Cte

24 Problema 1) Determine la presión ejercida sobre el piso por una persona de 50 (kg) que se para sobre un tarro cuya base es 200 (cm 2 ). Resp: 2,45 (N/ cm 2 )

25 Problema 2) Cuánto es la presión absoluta que soporta un buzo que se sumerge en el mar a 20 metros de profundidad, si la densidad del agua de mar es 1025 (kg / m 3 )? Resp: (N/m 2 )

26 Problema 3) Cuál es el peso aparente de una muestra de roca sumergida en el agua, si en el aire pesa 54 (N) y tiene un volumen de 2300 (cm 3 )? Resp: 31,5 (N)

27 Problema 4) Un cajón que mide 1(m) de largo por 80(cm) de ancho y 50 (cm) de alto se encuentra en el fondo de un lago a 30(m) de profundidad. Para levantarlo se ejerce una fuerza de 1.900(N). a) Cuánto es el volumen del cajón? b) Determine el peso real del cajón. Resp: a) 0,4 (m 3 ) ; b) 594 (kp)

28 Problema 5) El radio de la aorta de un hombre es de 1 (cm) y la salida de sangre del corazón es de 5 (litros/ min). Cuál es la velocidad media de flujo en la aorta? Resp: 26,5 (cm /s)

29 Problema 6) Se bombea gasolina con un gasto de 0,5 (litros / seg.). Cuánto tiempo se necesita para llenar un estanque de 60 litros? Resp: 2 minutos.

30 Problema 7) Un líquido de densidad 950 (kg/m 3 ) fluye a 0,8 (m /s) por un tubo horizontal, en el cual la presión es 400 (Pa). En otra sección del tubo, la presión del líquido es 600 (Pa). Cuánto es la velocidad del líquido en la segunda sección del tubo? Resp: 0,47 (m/s)

31 Problema 8) En el sistema de calefacción central de una casa, el agua se bombea a una velocidad de 0,5 (m /s) a través de un tubo de 4 (cm) de diámetro en el sótano, a una presión de 3 (atm). El agua circula en el segundo piso a través de un tubo de 2,6 (cm) de diámetro, ubicado a una altura de 5 (m) con respecto al sótano. a) Con qué velocidad circula el agua en el segundo piso? b) Cuánto es la presión del agua en el segundo piso? Resp: a) 1,2 (m /s) ; b) (Pa)

32 7.12 APLICACIONES DEL TEOREMA DE BERNOULLI

33

34

35

36 EFECTO VENTURI

37 APLICACIONES P. BERNOULLI

38 APLICACIONES P. BERNOULLI

39 7.11 ALTURA DE VELOCIDAD CARGA - Para el calculo de la altura de velocidad se tomo la velocidad media. Sin embargo la distribución de velocidades es por lo general parabólica. El termino debe corregirse con : - α = ( v A V ) 3 da - V Velocidad media en la sección recta - v Velocidad media en un punto genérico de la sección recta - A Área de la sección recta - α 1.02 a 1,15 Turbulento y 2 Laminar

40 7.13 LINEA DE ALTURAS TOTALES 7.14 LINEA DE ALTURAS PIEZOMETRICAS

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