Mecanica De Fluidos - Robert Mott 6ta Edicion 5o4p29

Curso: Operaciones Unitarias I

Capítulo 1

Propiedades de los fluidos

Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Propiedades de los Fluidos

Competencia El alumno conoce las principales propiedades de los fluidos que se utilizan en el transporte de fluidos para resolver diversos problemas que se presentan en la industria.

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Propiedades de los Fluidos

Introducción

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Propiedades de los Fluidos

Mecánica de Fluidos Es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en reposo o en movimiento y la interacción de estos con sólidos o con otros fluidos en las fronteras.

Fluidos Cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez. Fluido, es cualquier sustancia que tiene la capacidad de fluir. Flujo: Se mide en volumen o en masa por tiempo. Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Propiedades de los Fluidos

Propiedades de los Fluidos Presión (P)

P abs = Pman + Patm P man = Pabs – Patm P vac = Patm – Pabs De Bourdon

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Propiedades de los Fluidos

Temperatura Medida de la cantidad de energía de un cuerpo

T( °F ) = 1,8 T(°C ) + 32 T( °C) = T( K ) + 273.15 T( °F) = T( °R ) + 460

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Propiedades de los Fluidos

Densidad, ρ

slugs/pie3

La densidad de los gases depende de la T y P de operación. Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Propiedades de los Fluidos

Densidad relativa o peso específico o gravedad específica, sg Es la relación entre el peso específico del cuerpo y el peso específico de la sustancia de referencia.

DensidadRelativa=sg=

γ fluido γ referencia

ρ fluido *g ρ fluido =  ρ referencia *g ρ referencia

ρaire = 1.293 kg/m3 a 0°C, ρagua = 1000 kg/m3 a 4°C, 1 atm. Volumen específico, v Es el inverso de la densidad y se define como el volumen ocupado por la unidad de masa del fluido.

V 1 v=  m ρ

m3/kg, pie3/lb

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Propiedades de los Fluidos

Peso específico, γ Se le llama peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.

P m*g γ= =  ρ*g V V

kN/m3, lbf/pie3

Viscosidad Es la medida de su resistencia al movimiento. Entre más viscoso sea un fluido más difícil es hacer que éste fluya, o lo hace de manera muy despacio. Entre menos viscoso sea un fluido más rápido y fácilmente fluye.

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Propiedades de los Fluidos

v  =η* Δy 

 Δy  η=  *   v  v   Δy η: Viscosidad dinámica o viscosidad absoluta η: N.s/m2, Pa.s, kg/m.s, lb.s/pie2, slug/pie.s poise = dina.s/cm2 = g/cm.s = 0.1 Pa.s centipoise = poise/100 = 0.001 Pa.s = 1.0 mPa.s

η v= ρ

v: Viscosidad cinemática v: m2/s, pie2/s centistoke = stoke/100 = 1*10-6 m2/s = 1 mm2/s Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Propiedades de los Fluidos

Al aumentar T → la viscosidad de todo líquido disminuye, la viscosidad de todo gas aumenta.

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Propiedades de los Fluidos

Tensión superficial Es la energía requerida para aumentar el área superficial de un líquido en una unidad de área (longitud del perímetro de esa superficie).

F γ= 2*L

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Propiedades de los Fluidos

Fluidos Newtonianos y no Newtonianos • NEWTONIANOS

• NO NEWTONIANOS

• A una temperatura fija • Influyen otros factores a su viscosidad no parte de la temperatura, cambia y esta se por lo tanto su viscosidad mantiene constante es variable. Ejemplo de estos fluidos en la vida diaria son la pasta de diente y la salsa de tomate, a los cuales se les debe aplicar una fuerza inicial para que comiencen a fluir.

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Propiedades de los Fluidos Comportamiento Reológico de los Fluidos

τ

Dilatante Espesa con el esfuerzo cortante Plástico Ideal Bingham

Fluido Newtoniano

Pendiente = μ

Pseudoplástico Adelgaza con el esfuerzo cortante dV/dy

Fluido Newtoniano: τ es directamente proporcional a dv/dy Fluido No Newtoniano: τ no es proporcional a dv/dy…. La viscosidad no es constante (η). Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Propiedades de los Fluidos

1 Un líquido tiene un peso específico relativo de 1,2. Calcular la densidad relativa, el peso específico (N/m3) y su densidad. 2 Si un barril de petróleo tiene un volumen de 159 L y pesado en báscula con su contenedor pesó 1500 N en tanto que el peso del contenedor es de 100 N determinar la densidad de dicho petróleo, en kg/m³, y cuanto vale su densidad relativa. 3 La densidad del vinagre es de 1080 kg/m3. Calcule su peso específico y gravedad específica. 4 Convierta una medición de viscosidad dinámica de 4500 en Pa.s y lb.s/pie2. 5 Un lodo tiene una densidad relativa de 1,4; ¿cuál será la presión a una profundidad de 10 m?

6 Para medir el nivel de líquido en un tanque se mide la presión en el fondo del mismo. Si el fluido tiene una densidad relativa de 0,8 y la presión manométrica medida en el fondo es de 7,84 N/cm2, ¿cuál es el nivel de líquido? Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Propiedades de los Fluidos

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

m=ρ*A*V ρ1 =ρ 2 =cte

ρ1*A1*V1 =ρ 2 *A 2 *V2

A1*V1 =A 2 *V2

Q=A*V

Q1 =Q 2

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7 Una tubería de 180 mm de diámetro transporta agua a razón de 0.09 m3/s. La tubería se ramifica en dos de menor diámetro tal y como lo muestra la figura. Si la velocidad en el conducto de 60 mm de diámetro es de 15 m/s, cual será la velocidad en la tubería de 120 mm de diámetro.

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Propiedades de los Fluidos

8 En la figura, los diámetros interiores del conducto en las secciones 1 y 2 son de 50 mm y 100 mm, respectivamente. En la sección 1 fluye agua a 70 °C con velocidad promedio de 8 m/s, calcule lo siguiente: velocidad en la sección 2, flujo volumétrico, flujo en peso y flujo másico.

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Propiedades de los Fluidos

ECUACIÓN DE ENERGIA MECANICA

hA

Válvula

hR

Codo hL

Bomba

hL

Turbina

v12 P1 v2 2 P2 z1 + + +h A -h R -h L =z 2 + + 2*g γ 2*g γ hA = Energía añadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo hR = Energía retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecánico, por ejemplo una turbina hL = Perdidas de energía por parte del fluido por efecto de fricción o por presencia de válvulas, conectores, y rugosidad de tuberías Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Propiedades de los Fluidos

9 Una tubería horizontal conduce aceite cuya gravedad específica es de 0.83. Si dos instrumentos indican lecturas de presión de 74.6 psig y 62.2 psig, respectivamente, calcule la perdida de energía entre ellos.

10 De un depósito grande fluye agua a razón de 1.20 pie3/s por un sistema de tubería, como se aprecia en la figura. Calcule la cantidad total de energía que se pierde en el sistema debido a la válvula, codos, entrada de tubería y fricción del fluido.

Propiedades de los Fluidos

Bibliografía 1. Robert L. Mott, "Mecánica de fluidos", Pearson Education, 6ta ed., 2006, México. 2. Frank M. White, "Mecánica de fluidos", McGraw - Hill, 6ta edición, 2008, México.

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