Capítulo 9: Fluidos

Capítulo 9:

Fluidos 

  

Autor:

Mg. Percy Víctor Cañote Fajardo

9) Fluidos  

Estudiaremos algunas propiedades básicas de los sistemas asumidos continuos. Para lo cual primero los caracterizamos y a continuación definimos las CF necesarias para describirlos adecuadamente.

9.1) Características

i)      No resisten la acción de las fuerzas tangenciales o de corte. Son fácilmente deformados por estas fuerzas.

ii)   Adoptan la forma del recipiente que los contiene. Poseen poca cohesión intermolecular.

iii)   Son capaces de transmitir presiones. Las ondas de presión se propagan a través de ellos.

iv)   Son relativamente compresibles.

v)    Poseen viscosidad. La cual influye inversamente a su velocidad.

¿? Investigue las aplicaciones tecnológicas de la viscosidad.

          

       

Una de las aplicaciones tecnológicas de la viscosidad es el aceite de motor, Las tecnologías avanzadas de polímeros permiten un funcionamiento más eficiente, superando el mero control de la viscosidad, en ambientes cada vez más severos dentro del motor. En la actualidad, los modificadores de viscosidad son fundamentales para proporcionar máxima eficiencia, durabilidad, limpieza y protección del motor a medida que los componentes son cada vez más sofisticados.

Otra aplicación tecnológica de la viscosidad son los lubricantes industriales los cuales ofrecen grandes beneficios de desempeño para muchas aplicaciones de lubricantes industriales como los fluidos hidráulicos, los aceites para engranajes industriales y las grasas.

9.2) Presión, p

Es la CFE que describe la intensidad de la fuerza normal actuando por unidad de área.

i) p media, p_m

Es la fuerza normal F actuando sobre el área A.

ii) p puntual, p

Es la presión ejercida sobre área elemental. Se define a partir de la presión media,

9.3) Presión en Fluidos

La presión es tratada de forma diferente dependiendo del fluido.

i)  F Líquidos

En estos fluidos (e incluso en algunos modelos para la atmósfera) la presión se establece por el peso de la columna de fluido.

 ii) F Gaseosos

Para estos fluidos la presión se encuentra asociada a los choques de las partículas del gas contra las paredes del recipiente.

9.4) Principio de Pascal

Los fluidos transmiten presiones. Toda presión aplicada a un fluido es transmitida por el (mediante mecanismo ONDA) en todas direcciones.

Sea Q cualquier punto del fluido,

 

Aplicaciones:

® Prensa hidráulica.

® Frenos de presión. 

® Tecnología de materiales piezoeléctricos.

9.5) Principio de Arquímedes

Un cuerpo en el seno de un fluido experimenta una fuerza resultante de reacción del fluido (empuje) “E”, que por lo general trata de expulsarlo del fluido.

 

Aplicaciones:

®Navegación.

® Caracterización de materiales.

® Telecomunicaciones.

®Industria química, vitivinícola

9.6) Fluido en movimiento

Usaremos el formalismo de Euler.

 

i) Fluido ideal

   ® Estable v_p = cte
   ® No viscoso: fricción
   ® Incompresibles: DV no ® 0

   ® ¾ líneas de corriente

ii) Leyes de conservación
Usando un tubo de corriente.

j) Conservación de la masa 

 

jj) Conservación de la energía

 

9.7) Viscosidad, h

Es la fricción interna de un fluido, es decir, es interpretada como asociada a la fuerza de oposición al movimiento relativo dentro del fluido. Esta cantidad nos permitirá entender por que el agua fluye más rápido que la miel, por ejemplo, o por que podemos mover un bote en el agua, o por que los lubricantes son capaces de adherirse a las superficies internas de un motor. La viscosidad depende fuertemente de la temperatura, de tal forma que es un problema importante para la ingeniera liquida producir lubricantes cuya viscosidad no cambie demasiado con la temperatura. Definamos la viscosidad en base a la deformación que las fuerzas tangenciales dentro de un fluido son capaces de producir. En este caso, el esfuerzo de corte se modela proporcionalmente a la rapidez con que se produce la deformación, es decir, en cuanto a la deformación de corte ya estudiada, en vez de la cantidad 

 En la figura siguiente, suponemos una capa de fluido entre dos placas, la inferior estacionaria y la superior moviéndose con v,

Por lo tanto h queda definida,

Sin embargo, se usa la unidad histórica denominada poise,

Para la determinación de la distribución de velocidades  para un fluido viscoso dentro de de un tubo cilíndrico largo de radio R, según figura, partimos de la ecuación de viscosidad, asumiendo fluido newtoniano, es decir,

Con esta ecuación,

Ahora, para la determinación del flujo de fluido según una sección del tubo, dV/dt, relación conocida como Ecuación de Poiseuille, tenemos,

Finalmente, la Ley de Stokes, describe la fuerza viscosa ejercida por un fluido viscoso laminar, sobre una esfera de radio r que se mueve con una velocidad v,

¿? Investigue el número de Reynolds

El número de Reynolds es la relación de fuerzas de inercia a fuerzas viscosas y es un parámetro conveniente para predecir si una condición de flujo será laminar o turbulento. Se puede interpretar que cuando las fuerzas viscosas son dominantes (flujo lento, baja Re) son suficientes para mantener todas las partículas de fluido en línea, entonces el flujo es laminar.
Fuente: Connor N. (2020). ¿Qué es el número de Reynolds? Recuperado por: https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-el-numero-de-reynolds-definicion/

Se caracteriza por el transporte del movimiento de un fluido. 

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión a dimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación a dimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande).