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Mecánica de Fluidos I – Módulo 1
Introducción y definiciones
Objetivos: •
Definir que es un fluido.
Definir fases, estado y propiedades
Describir las diferencias entre diferentes tipos de flujos de fluidos.
Definir el concepto de volumen de control.
Estudiar la importancia de los sistemas de unidades.
Discutir acerca del proceso sistemático de solución de problemasprácticos.
¿Qué es unfluido?
Aplicaciones de la mecánica de fluidos
Definiciones
Fases:
Sólido
Líquidos
Gases
Propiedad:
Estado: Condición de un sistemadescrita por sus propiedades.
Temperatura
Presión
Densidad
Viscosidad
Conductividadtérmica
Coeficiente deexpansión.
¿Qué defineuna fase?
¿Qué es un diagramade cuerpo libre?
¿Qué se debe consideraral analizar un diagramade cuerpo libre?
¿Qué seentiende porequilibrio defuerzas?
Definiciones
Sistemas:
Definiciones
Sistemas:
Sistemas cerrados:
No hay
transferencia de masa a través de lasfronteras del sistema
Sistemas abiertos (volumen de control)
Definiciones
Condición de no deslizamiento: La velocidad del fluido en contacto conuna superficie sólida (no porosa) es iguala la velocidad de la superficie sólida.
Flujo estacionario (estado estable y flujo estable):
La masa dentro del sistema no varíacon el tiempo.
Las propiedades no varían dentro delsistema con el tiempo.
Definiciones
Flujo externo y flujo interno:
El comportamiento del fluido estálimitado por las superficies conlas que está en contacto
Definiciones
Flujo laminar y flujo turbulento:
En flujo laminar las líneas de flujo sonordenadas.
En flujo turbulento las líneas de flujo sonoscilatorias y fluctuantes.
Capa límite:
¿Qué representala capa límite?
¿Cómo se comporta la capalímite en flujo externo?
Algunas unidades derivadas:
Cantidad física
SI
Inglés
Fuerza (F=ma)
1N = 1 kg-m/s
2
Kgf
Lbf
Trabajo (W=Fd)
1 J = 1 N-m = 1 kg-m
2
/s
2
Cal
Btu
Presión (P=F/A)
1 Pa = 1 N/m
2
= 1 kg/m-s
2
psi (lbf/in
2
Conversiones útiles1 lbf = 32.174 lbm-ft/s
2
1 kgf = 9.807 N1 Btu = 1.0551 kJ1 cal = 4.1868 J
Unidades
El volumen de un tanque de oxigeno es 2 ft
3
y pesa 5 lbf, cuando está vacío, en un
lugar donde la aceleración gravitatoria es 31.5 ft/s
2
y la presión atmosférica es 14.
psi. Se agrega aire al tanque hasta que la presión alcanza 50 psi. El tanque ahorapesa 5.49 lbf. ¿Cuál es la masa de aire almacenada en el tanque?
Datos:
V
t
=2 ft
3
; W
t
=5 lbf; g=31.5 ft/s
2
; W
t+a
=5.49 lbf,
P
a
=14.5 psi; P
t+a
=50 psi
Encontrar:
m
a
Solución:
lbm
m
a
Ejemplo 1
lbf
s
ft
lbm
s
ft
lbf
g
W
m
a
a
2
2
lbf
lbf
lbf
W
W
W
t
a
t
a
De las propiedades dadas,¿cuáles son extensivas ycuales son intensivas?
Solución de problemas de mecánica de fluidos
Preparación del problema: 1. Identificar datos conocidos
- Identificar los datos que se deben encontrar.
- Identificar y representar el proceso.
Simplificaciones (suposiciones)
Ejemplo: Estado estable, flujo estable,
flujo incompresible
Herramientas para enlazar datos e incógnitas (ecuaciones a utilizar)
Ejemplo: conservación de masa, conservación de energía.
Aplicar ecuaciones y
determinar las incógnitas
Evaluar significado y calidad de la respuesta
Datos:
Exprese con sus propias palabras la información que proporciona
el problema. Ejemplo “La temperatura inicial es T
1
o
C.”
Encontrar:
Enumere lo que el problema le pide determinar. Ejemplo “a) la
presión en el tiempo 2 o P
2
Represente gráficamente el sistema.
Suposiciones
: Simplificaciones utilizadas para resolver el problema
Ecuaciones básicas
: Ecuaciones de definiciones o principios
fundamentales que permiten obtener las incógnitas a partir de los datos
Solución:
Debe incluir unidades.
Análisis de calidad:
¿Tiene sentido el resultado obtenido?
Formato de solución
Solución de problemas de mecánica de fluidos
