fluidos 1

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DEFINICIONES Y PROPIEDADES
MECÁNICA DE FLUIDOS
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DEFINICIONES Y CONCEPTOS PRELIMINARES
• SISTEMA 
• FLUJO 
• PROPIEDADES DE UN FLUIDO 
• VISCOSIDAD DE TURBULENCIA 
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Sistema
Cualquier porción de materia a estudiar. Un fluido será
el sistema elegido.
A la superficie, real o imaginaria, que lo envuelve se
llama límite, frontera o contorno.
El conjunto de varios sistemas puede formar uno solo;
o bien, un sistema puede descomponerse en muchos os,
sistemas parciales.
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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. 
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II
·p S
I
F
h mecánico
receptor
Clasificación de sistemas 
Sistema cerrado 
Es aquel cuya masa no varía durante 
un cambio de situación; por ejemplo, de la 
posición I a la II del émbolo 
SI
ST
EM
A
p·S
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volumen de control
Sistema abierto, o flujo
Es aquel que se mueve, o fluye,
con relación a un contorno
1
2
1
2
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v v
v
v
v
v v
v
FLUJO 
Sección transversal 
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 vector velocidad de la anterior. 
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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.
S
dS1
v
2
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Caudal
m&
Qm ⋅= ρ&
Llamamos caudal (volumétrico) Q al volumen
de fluido que atraviesa una sección en la unidad
de tiempo, y caudal másico a la masa corres-
pondiente:
 
dSvdQ ⋅=
∫ ⋅= S dSvQ 
SVQ ⋅=
dS
velocidades
perfil de
V
v
v
v
v
v
S
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Clasificaciones 
•Permanente, o estacionario 
•Variable, o transitorio 
t 2
V
D
tiempos
V
V
t 1
C
BA
'
1 2
V
•Uniforme 
•No uniforme 
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• Laminar
• Turbulento
Clasificaciones 
V V
A V
laminar turbulento
experimento de Reynolds
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Osborne Reynolds
Belfast (1842-1912)
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PROPIEDADES DE UN FLUIDO
Propiedades de un fluido son aquellas magnitudes
físicas cuyo valor nos define el estado en que se 
encuentra.
Son propiedades la presión, la temperatura (común a 
todas las sustancias), la densidad, la viscosidad, la 
elasticidad, la tensión superficial, etc.
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Definición de un fluido
Un fluido es una sustancia que se deforma
continuamente cuando se le aplica un
esfuerzo tangencial por pequeño que sea.
F
A
CB C'B'
D
α sólido fluido
placa fija
v
v
A
α
B
β
B'u
u F placa móvil
B'' B'''
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Viscosidad
Viscosidad )(µ de un fluido es la resistencia
a que las distintas láminas deslicen entre sí.
Ley de Newton de la viscosidad
La resistencia debida a la viscosidad depende
además de la variación de velocidad entre las
capas: velocidad de deformación (dv/dy).
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placa móvil
placa fija
F
perfil de velocidades
v τ
placa fija
perfil de velocidades
'
v
dy
v
v
dv
τ
dv
dy
Esfuerzo cortante τ
Es la resistencia por unidad de superficie que
aparece entre dos láminas deslizantes
dy
dv
⋅= µτ (ley de Newton)
dv´> dv
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Isaac Newton
 (Inglaterra 1643-1716)
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Unidades de viscosidad dinámica en el S.I.
 s/m N 2
dv
dy
⋅= τµ
o bien (1 N = 1 kg m/s2),
s) kg/(m 
dv
dy
⋅= τµ
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Viscosidad cinemática
En el S.I. de Unidades:
sm 
kg/m
s) kg/(m 23 ρ
µ
ρ
µν ==
En grados Engler (oE) y en números SAE:
s
m 
E
631 E73110 
2
o
o8 




 −⋅⋅= −ν
SAE 10 20 30 40 50 60
oE 3 ÷ 5 5 ÷ 7 7 ÷ 9 9 ÷ 12 12 ÷ 19 19 ÷ 27
Diagramas I y II, y tablas 4 (agua) y 5 (aire).
A la temperatura de 50 oC,
ν = µ/ρ
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Causas de la viscosidad
a) Cohesión molecular
b) Intercambio de cantidad de movimiento
La viscosidad en los líquidos se debe a la
cohesión, y en los gases al intercambio de
cantidad de movimiento.
La cohesión y por tanto la viscosidad de un
líquido disminuye al aumentar la temperatura.
En cambio, la actividad molecular y en
consecuencia la viscosidad de un gas aumenta
con ella.
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alta viscosidad
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alta viscosidad
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baja viscosidad
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baja viscosidad
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p
v
2
1
líquido
v∆ p p+∆v
∆v
p∆
Compresibilidad
Coeficiente de compresibilidad κ
 Gases:
dp
dv
v
⋅−=
1κ
Módulo de elasticidad volumétrico K
v
pvK
∆
∆
⋅−=
Líquidos:
p
v
v ∆
∆
⋅−=
1 κ 
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Presión y temperatura de saturación
ts = t(ps)
• para ps = 2 bar, ts = 120 oC
• para ps = 1 bar, ts = 100 oC
• para ps = 0,01 bar, ts = 7 oC
Por ejemplo, si el fluido es agua,
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En instalaciones hidráulicas hay situaciones en las que la 
presión del agua puede disminuir tanto que el puede hervir.
La burbujas de vapor llegan a zonas de mayor presión, y el 
vapor se condensa. Las cavidades vacías son rellenadas con 
ímpetu por el agua que las envuelve (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.
Por ejemplo, a la salida del rodete de una turbina Francis
conviene que el agua salga con bastante depresión; aunque 
sólo hasta el límite de cavitación.
 
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Vd
cavitación 
burbuja de vapor
cavidad vacía
implosión
rodete
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corrosión por cavitación
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VISCOSIDAD DE TURBULENCIA
Sobre cada partícula actúa un par de fuerzas. Si es
pequeño respecto de la viscosidad del fluido, las
partículas no giran: flujo laminar. De lo contrario,
hay giro: flujo turbulento. Aparece un efecto similar
a la viscosidad en los gases: viscosidad aparente y/o
viscosidad de turbulencia:
dy
dv
⋅+= )( ηµτ
2
F1 M
1
2
v
F2 v
v1
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