Mecánica de Fluidos

Docente: MSc. Ing. Alba V. Díaz Corrales

Mecánica de Fluidos

Contenido

Fluidos incompresibles (líquidos)

Almacenamiento de líquidos y gases

Ecuación de continuidad (balance de masa)

Mecánica de Fluidos

Para fluidos reales, el estudio de la mecánica de fluidos es mas complejo.

Estudiaremos fluidos “ideales” . Sin embargo, los resultados son muy útiles en situaciones reales.

Características de los fluidos ideales en movimiento

Incompresible – La densidad es constante y

uniforme.Flujo Constante – La velocidad no cambia con

el tiempo aunque puede ser diferente en diferentes puntos.

No-viscoso -– Sin fricción. Las fuerzas son conservativas.

Irrotacional – Las partículas sólo tienen movimiento de traslación.

Fluidos incompresibles

Un fluido incompresible es cualquier fluido cuya densidad siempre permanece constante con el tiempo, y tiene la capacidad de oponerse a la compresión del mismo bajo cualquier condición.

El agua es un fluido incompresible. O sea que la cantidad de volumen y la cantidad de masa permanecerán iguales, aún bajo presión.

Fluidos incompresibles

Un fluido con muchas moléculas bien juntas unas de otras tiene una densidad alta; uno que tiene más pocas moléculas tendría una densidad más baja.

El agua, por ejemplo, tiene una densidad mucho más alta que el aire.

Una pecera de 10 galones que se encuentra llena de agua contiene mucha más masa que un tanque de 10 galones que tiene aire en lugar de agua. Como tiene más masa, pesa más.

Almacenamiento

Conjunto de recipientes de todo tipo que contengan o puedan contener líquidos, líquidos inflamables, combustibles y gases.

Las tuberías no son consideras recipientes.

Formas de almacenamiento

Recipientes fijos de superficie o enterrados o bien trasportables.

Ubicados al aire libre o en edificios abiertos o cerrados.

Importancia

Proteger diferentes sustancias del calor, la humedad, la corrosión, del acceso de personas y brindar condiciones de seguridad.

Las etiquetas y rótulos deben ser respetados durante el almacenamiento.

Diseño

Efectos de la lluviaAcciones sísmicasPresión interior de diseñoPeso total lleno de agua o del líquido

a contener, cuando la densidad de este superior a la del agua.

Tipos de Tanques de Almacenamiento

Tanques atmosféricos: tanques elevados y tanques abiertos.

Tanques a presión

Estanques y almacenamiento subterráneo.

Mecánica de Fluidos

Los principios físicos más útiles en las aplicaciones de la mecánica de fluidos son el balance de materia, o ecuación de continuidad, las ecuaciones del balance de cantidad de movimiento y el balance de energía mecánica.

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

D1, m1

D2, m2

Consideraciones: • Flujo de 1 a 2 constante• La cantidad de fluido que pasa por cualquiera sección

del tubo 1 ó 2 es constante• Si no se retira o agrega fluido entonces el fluido m1=

m2 en un tiempo determinado

Consideraciones: • Flujo de 1 a 2 constante• La cantidad de fluido que pasa por cualquiera sección

del tubo 1 ó 2 es constante• Si no se retira o agrega fluido entonces el fluido m1=

m2 en un tiempo determinado

AVm

222111 VAVA cte 21 2211 VAVA

AVQ 21 QQ

GASTO VOLUMÉTRICO

El gasto volumétrico o caudal es el volumen de agua que pasa a través de una sección de tubería por unidad de tiempo. Se expresa en m3/s, L/s, Pie3/s dependiendo del sistema de unidades en que se trabaje.

Q = V/t = vAQ: Flujo volumétrico m3/sV: Volumen V: Velocidad promedia del flujo en la sección transversal de estudio m/sA: Superficie de la sección transversal m2

AINT= DINT2Xπ/4

Ecuación de Continuidad

Esta expresión expresa la idea de que la masa de fluido que entra por el extremo de un tubo debe salir por el otro extremo.

Esta expresión expresa la idea de que la masa de fluido que entra por el extremo de un tubo debe salir por el otro extremo.

2211 VAVA

Ecuación de ContinuidadLey de conservación de la masa en la dinámica de los fluidos:

A1.V1 = A2.V2 = constante

Recordar que P = F/A = F = P.A

ÁREAS DE TUBERÍAS ESTÁNDAR

Área Real:

se da en tablas por los fabricantes y se puede calcular diámetros reales de la relación. Se hace referencia al diámetro comercial ¾·”, ½” etc.

Se recomienda utilizar tablas de fabricantes para realizar cálculos reales.

VELOCIDAD DE FLUJO EN DUCTOS Y TUBERÍAS

Los factores que afectan la elección de la velocidad son:

Tipo de fluido Longitud del sistema de flujo El tipo de Ducto y tubería La caída de presión permisible Bombas, accesorios, válvulas que puedan conectar para manejar las

velocidades específicas La temperatura, la presión y el ruido Se debe tener en cuenta: Ductos y Tuberías de gran diámetro producen baja velocidad y viceversa,

tubos de pequeño diámetro altas velocidades.

Velocidades Recomendadas:V = 3 m/s, para líquidos como agua y aceite livianos y para la salida de una

bomba

V = 1 m/s, para la entrada a una bomba

Método de resolución de problemas

El Ingeniero eficaz reduce los problemas complicados a partes sencillas que se puedan analizar fácilmente y presenta los resultados de manera clara, lógica y limpia siguiendo los siguientes pasos:

método de resolución de problemas

1. Leer el problema atentamente.

2. Identificar el resultado requerido.

3. Identificar los principios necesarios para obtener el resultado.

4. Preparar un croquis a escala y tabular la información que se proporciona.

5. Dibujar los diagramas de sólido libre adecuados.

6. Aplicar los principios y ecuaciones que proceda.

7. Dar la respuesta con el número de cifras significativas adecuado y las unidades apropiadas.

8. Estudiar la respuesta y determinar si es razonable.

Ejemplo

1.Una manguera de agua de 2.00 cm. de diámetro es utilizada para llenar una cubeta de 20.0 litros. Si la cubeta se llena en 1.00 min., ¿cuál es la velocidad con la que el agua sale de la manguera? (1 L = 10 3 cm 3).

Ejemplo

2. Si el diámetro de la manguera se reduce a 1.00 cm, y suponiendo el mismo flujo.

¿cuál será la velocidad del agua al salir de la manguera?

Ejemplo

3. Por una manguera contra incendios de 6.35 cm. de diámetro fluye agua a una razón de 0.0120 m 3/s. La manguera termina en una boquilla de diámetro interior igual a 2.20 cm. ¿Cuál es la velocidad con la cual el agua sale de la boquilla?

Ejemplo A través de un tubo de 2 pulgadas de diámetro

fluye en una centrífuga, con velocidad de 40 cm/seg, leche integral de gravedad específica 1.035; dentro de la centrífuga la leche es separada en crema de gravedad específica 1.01 y leche desnatada de gravedad específica 1.04. Calcúlese las velocidades de flujo de la leche y de la crema cuando se descargan a través de un tubo de ¾ de pulgada. Realice es esquema.

Ejercicio Por un tubo de 2cm de diámetro está

circulando aceite de oliva de gravedad específica 0.92. Calcúlese la velocidad de flujo del aceite de oliva si el tubo se estrecha hasta un diámetro de 1.2 cm y flujo volumétrico de 6 m3/s.

2. 2000 L/min de agua fluyen a través de una tubería de 300 mm de diámetro que después se reduce a 150 mm, calcule la velocidad del flujo en cada tubería. Realice el esquema.

3.Una tubería de 150 mm de diámetro conduce 0.072 m3/s de agua. La tubería se divide en dos ramales. Si la velocidad en la tubería de 50mm es de 12 m/s, ¿Cuál es la velocidad en la tubería de 100 mm? Realice el esquema.  

Investigar

Líneas de cargas piezométricas y cargas totales.

Potencia al fluido y potencia al freno

Tipos de almacenamiento de líquidos y gases.Normas de almacenamiento

Ecuación de Bernoulli