1. Políticas del Curso
Flashcards
- ¿Qué política del curso enfatiza la importancia de la presencia regular para la comprensión y el éxito académico?
- Política de asistencia
- ¿A través de qué medio se realizará toda la comunicación relacionada con el curso?
- Correo electrónico oficial de la UTP
- ¿Qué tipo de comportamiento está prohibido en el aula para mantener un ambiente respetuoso e inclusivo?
- Comportamiento disruptivo
- ¿Qué tipos de tareas se asignarán en este curso?
- Tareas calificadas y no calificadas
Preguntas tipo test
- ¿Cuál es el medio de comunicación oficial del curso?
- a) Llamadas telefónicas
- b) Correo electrónico de la UTP
- c) Mensajes por WhatsApp
- d) Reuniones presenciales
Respuesta: b) Correo electrónico de la UTP. Toda la comunicación relacionada con el curso se realizará exclusivamente a través del correo electrónico oficial de la UTP.
- ¿Qué se espera de los estudiantes con respecto a la asistencia a clase?
- a) Asistencia opcional
- b) Asistencia solo a clases prácticas
- c) Asistencia obligatoria a todas las sesiones programadas
- d) Asistencia solo a clases teóricas
Respuesta: c) Asistencia obligatoria a todas las sesiones programadas. Se espera la asistencia a todas las sesiones de clase programadas, ya que la presencia regular apoya significativamente la comprensión y el éxito académico.
- ¿Qué tipo de comportamiento NO se tolerará en el aula?
- a) Participación activa en clase
- b) Uso autorizado del teléfono celular para actividades de clase
- c) Comportamiento disruptivo y uso no autorizado del teléfono celular
- d) Toma de apuntes detallados
Respuesta: c) Comportamiento disruptivo y uso no autorizado del teléfono celular. No se tolerará el comportamiento disruptivo, incluido el uso no autorizado del teléfono celular durante la clase.
2. Introducción a los Fluidos
Flashcards
- ¿Qué es un fluido?
- Sustancia que no puede resistir un esfuerzo cortante infinitesimal a menos que esté en movimiento.
- ¿Qué diferencia a un fluido de un sólido en términos de respuesta a un esfuerzo cortante?
- Un fluido se deforma continuamente, mientras que un sólido se deforma proporcionalmente.
- ¿Qué es la viscosidad?
- La resistencia de un fluido al flujo, es decir, a la aplicación de un esfuerzo cortante.
- ¿Qué es la condición de no deslizamiento?
- La velocidad de un fluido en contacto con una superficie sólida es la misma que la de la superficie.
Preguntas tipo test
- ¿Qué produce un esfuerzo cortante aplicado a un fluido?
- a) Deformación proporcional y continua
- b) Deformación proporcional y estática
- c) Resistencia infinita
- d) Ninguna deformación
Respuesta: a) Deformación proporcional y continua. Un esfuerzo cortante aplicado a un fluido produce una deformación que aumenta continuamente con el tiempo, a diferencia de un sólido que se deforma proporcionalmente y se detiene.
- ¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor la condición de no deslizamiento en la mecánica de fluidos?
- a) El fluido se desliza libremente sobre una superficie sólida
- b) El fluido tiene la misma velocidad que la superficie sólida en contacto
- c) El fluido se mueve a una velocidad diferente a la de la superficie sólida
- d) El fluido no ejerce fuerza sobre la superficie sólida
Respuesta: b) El fluido tiene la misma velocidad que la superficie sólida en contacto. La condición de no deslizamiento establece que la velocidad de un fluido en la interfaz con una superficie sólida es igual a la velocidad de esa superficie.
- ¿Cuál de las siguientes unidades corresponde a la viscosidad dinámica en el Sistema Internacional de Unidades (SI)?
- a) m²/s
- b) kg/(m·s)
- c) N/m²
- d) kg/m³
Respuesta: b) kg/(m·s). La viscosidad dinámica se mide en kg/(m·s) en el Sistema Internacional de Unidades (SI).
3. Dimensiones y Unidades
Flashcards
- ¿Cuáles son las cuatro dimensiones primarias en mecánica de fluidos?
- Masa, longitud, tiempo y temperatura.
- ¿Qué es la viscosidad?
- Es la resistencia de un fluido a fluir.
- ¿Cuál es la unidad de fuerza en el Sistema Internacional (SI)?
- Newton (N).
- ¿Qué es la gravedad específica (SG)?
- Es la relación de la densidad de una sustancia a la densidad del agua.
Preguntas tipo test
- ¿Cuál de las siguientes NO es una dimensión primaria utilizada en la mecánica de fluidos?
- a) Masa
- b) Longitud
- c) Fuerza
- d) Tiempo
Respuesta: c) Fuerza. En mecánica de fluidos, las dimensiones primarias son masa, longitud, tiempo y temperatura. La fuerza es una dimensión secundaria derivada de las primarias.
- ¿En qué unidades se expresa la viscosidad dinámica en el Sistema Internacional (SI)?
- a) m²/s
- b) kg/(m·s)
- c) N/m²
- d) kg/m³
Respuesta: b) kg/(m·s). La viscosidad dinámica se mide en kg/(m·s) en el SI, representando la resistencia del fluido al flujo.
- ¿Qué propiedad indica si una sustancia flotará o se hundirá en agua?
- a) Peso específico
- b) Viscosidad dinámica
- c) Gravedad específica
- d) Tensión superficial
Respuesta: c) Gravedad específica. La gravedad específica es la relación de la densidad de una sustancia a la del agua, indicando si flotará (SG 1).
4. Consistencia Dimensional
Flashcards
- ¿Qué asegura la consistencia dimensional en una ecuación?
- Que las dimensiones de cada término sean iguales.
- ¿De qué es medida la viscosidad dinámica?
- De la resistencia de un fluido a fluir.
- ¿Qué tipo de flujo se considera en la ley de Stokes?
- Flujo laminar.
- ¿Qué representa 'D' en la ecuación de la viscosidad dinámica?
- El diámetro de la esfera.
Preguntas tipo test
- ¿Qué se necesita confirmar en el ejemplo de consistencia dimensional?
- a) La velocidad terminal de las esferas.
- b) El valor exacto de la viscosidad dinámica.
- c) La consistencia dimensional de la ecuación.
- d) La densidad de las esferas y del aceite.
Respuesta: c) La consistencia dimensional de la ecuación.. El objetivo del ejemplo es verificar que las dimensiones de cada término en la ecuación sean consistentes, asegurando que la ecuación sea físicamente válida.
- En el contexto de la consistencia dimensional, ¿qué representa μ en la ecuación proporcionada?
- a) La densidad del fluido.
- b) La viscosidad dinámica del aceite.
- c) La velocidad terminal de las esferas.
- d) La aceleración debida a la gravedad.
Respuesta: b) La viscosidad dinámica del aceite.. En la ecuación dada, μ representa la viscosidad dinámica del aceite, que es una medida de su resistencia a fluir.
- ¿Por qué es importante la consistencia dimensional en mecánica de fluidos?
- a) Para simplificar los cálculos matemáticos.
- b) Para asegurar que las ecuaciones sean físicamente significativas.
- c) Para convertir unidades de un sistema a otro.
- d) Para medir la viscosidad de los fluidos.
Respuesta: b) Para asegurar que las ecuaciones sean físicamente significativas.. La consistencia dimensional asegura que las ecuaciones sean físicamente significativas y que los resultados tengan unidades coherentes, lo cual es fundamental para la validez de los modelos físicos.
5. Hipótesis del Continuo
Flashcards
- ¿Qué es la hipótesis del continuo?
- Asumir que un fluido consiste en materia continua donde el camino libre medio de las moléculas es muy pequeño comparado con la escala física del flujo.
- ¿Qué es el número de Knudsen?
- Es la relación entre el camino libre medio molecular y una longitud física representativa del flujo.
- ¿Qué condición debe cumplirse para que la hipótesis del continuo sea válida?
- Que exista un volumen ε mucho mayor que el volumen de una molécula, pero mucho menor que el cubo de la longitud macroscópica más pequeña.
- ¿Qué ocurre si el número de Knudsen es grande?
- La hipótesis del continuo se rompe y el flujo debe analizarse a nivel molecular.
Preguntas tipo test
- ¿Qué condición debe cumplirse para que el enfoque continuo sea válido?
- a) El volumen ε debe ser mucho menor que el volumen ocupado por una sola molécula.
- b) El volumen ε debe ser comparable al volumen ocupado por una sola molécula.
- c) El volumen ε debe ser mucho mayor que el volumen ocupado por una sola molécula, pero mucho menor que el cubo de la longitud macroscópica más pequeña.
- d) El volumen ε debe ser mayor que el cubo de la longitud macroscópica más pequeña.
Respuesta: c) El volumen ε debe ser mucho mayor que el volumen ocupado por una sola molécula, pero mucho menor que el cubo de la longitud macroscópica más pequeña.. Para que el enfoque continuo sea válido, debe existir un volumen ε que sea mucho más grande que el volumen de una molécula individual, pero mucho más pequeño que el cubo de la longitud macroscópica más pequeña del flujo.
- ¿Qué representa el número de Knudsen?
- a) La relación entre la densidad y la viscosidad del fluido.
- b) La relación entre la velocidad del flujo y la velocidad del sonido.
- c) La relación entre el camino libre medio molecular y una longitud física representativa.
- d) La relación entre la fuerza de inercia y la fuerza viscosa.
Respuesta: c) La relación entre el camino libre medio molecular y una longitud física representativa.. El número de Knudsen es un parámetro adimensional que representa la relación entre el camino libre medio de las moléculas y una escala de longitud física representativa del flujo. Se utiliza para determinar si un flujo puede ser considerado continuo o no.
- ¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor el flujo continuo?
- a) Un flujo donde las propiedades varían de forma abrupta y discontinua.
- b) Un flujo donde las propiedades se definen solo a nivel molecular.
- c) Un flujo donde las propiedades como la velocidad, presión y densidad tienen valores únicos en cada punto del fluido.
- d) Un flujo donde las leyes de conservación no son aplicables.
Respuesta: c) Un flujo donde las propiedades como la velocidad, presión y densidad tienen valores únicos en cada punto del fluido.. En el flujo continuo, se asume que el fluido consiste en materia continua, donde cada punto tiene valores únicos de velocidad, presión y densidad. Esto permite aplicar las leyes de conservación de masa, momento y energía.
6. Propiedades de Campo Local y Velocidad
Flashcards
- ¿Qué es la viscosidad?
- Es la resistencia de un fluido a fluir.
- ¿Qué es la densidad?
- Es la masa por unidad de volumen de un fluido.
- ¿Qué es la tensión superficial?
- Es la fuerza por unidad de longitud que actúa en la superficie de un líquido.
- ¿Qué es el número de Reynolds?
- Es un número adimensional que relaciona las fuerzas de inercia con las fuerzas viscosas.
Preguntas tipo test
- ¿Qué se asume en el enfoque continuo de la mecánica de fluidos?
- a) El fluido está compuesto de partículas discretas.
- b) El fluido consiste en materia continua.
- c) Las moléculas del fluido tienen trayectorias definidas.
- d) El fluido solo puede ser un gas.
Respuesta: b) El fluido consiste en materia continua.. El enfoque continuo asume que el fluido consiste en materia continua, donde las propiedades se definen en cada punto del espacio.
- ¿Qué expresa la condición de no deslizamiento en la mecánica de fluidos?
- a) El fluido se desliza libremente sobre una superficie sólida.
- b) La velocidad del fluido es máxima en la superficie sólida.
- c) El fluido tiene la misma velocidad que la superficie sólida en contacto.
- d) La velocidad del fluido es independiente de la superficie sólida.
Respuesta: c) El fluido tiene la misma velocidad que la superficie sólida en contacto.. La condición de no deslizamiento establece que en la interfaz entre un fluido y una superficie sólida, el fluido tiene la misma velocidad que la superficie.
- ¿Qué indica un número de Knudsen (Kn) pequeño en el contexto de la mecánica de fluidos?
- a) Que el flujo es turbulento.
- b) Que el flujo es compresible.
- c) Que el enfoque continuo es válido.
- d) Que el fluido es no newtoniano.
Respuesta: c) Que el enfoque continuo es válido.. Un número de Knudsen pequeño (Kn < 0.01) indica que la longitud media del camino libre molecular es mucho menor que la escala de longitud física representativa, lo que valida el enfoque continuo.
7. Condición de No Deslizamiento
Flashcards
- ¿Qué establece la condición de no deslizamiento en mecánica de fluidos?
- Que un fluido en contacto con una superficie sólida tiene la misma velocidad que la superficie.
- ¿Qué ocurre con la velocidad del fluido en la pared de un conducto, según la condición de no deslizamiento?
- Es igual a la velocidad de la pared (generalmente cero si la pared está estacionaria).
- ¿Por qué es difícil sacar toda la salsa de tomate de una botella?
- Debido a la condición de no deslizamiento y la viscosidad del fluido.
- ¿Qué tipo de condición proporciona la condición de no deslizamiento para las ecuaciones de flujo?
- Una condición de contorno.
Preguntas tipo test
- ¿Qué ocurre con la velocidad de un fluido en contacto directo con una superficie sólida, según la condición de no deslizamiento?
- a) La velocidad del fluido es mayor que la de la superficie.
- b) La velocidad del fluido es menor que la de la superficie.
- c) La velocidad del fluido es igual a la de la superficie.
- d) La velocidad del fluido es independiente de la de la superficie.
Respuesta: c) La velocidad del fluido es igual a la de la superficie.. La condición de no deslizamiento establece que un fluido en contacto con una superficie sólida tiene la misma velocidad que la superficie en ese punto. Si la superficie está estacionaria, la velocidad del fluido en ese punto es cero.
- ¿Cuál es una consecuencia cotidiana de la condición de no deslizamiento en la mecánica de fluidos?
- a) La facilidad para vaciar completamente un recipiente de miel.
- b) La dificultad para eliminar completamente el ketchup de una botella.
- c) La capacidad de un coche para mantenerse limpio al conducir rápido.
- d) La ausencia de polvo en un coche después de conducir a alta velocidad.
Respuesta: b) La dificultad para eliminar completamente el ketchup de una botella.. La condición de no deslizamiento provoca que una capa delgada de fluido se adhiera a las paredes del recipiente, lo que dificulta la extracción completa del contenido, como el ketchup.
- ¿Qué implicación tiene la condición de no deslizamiento en el análisis matemático del flujo de fluidos?
- a) Simplifica las ecuaciones al eliminar la necesidad de considerar la viscosidad.
- b) Proporciona una condición de contorno esencial para resolver las ecuaciones de flujo.
- c) Aumenta la complejidad de las ecuaciones al introducir términos adicionales.
- d) Hace que las soluciones sean independientes de las propiedades del fluido.
Respuesta: b) Proporciona una condición de contorno esencial para resolver las ecuaciones de flujo.. La condición de no deslizamiento actúa como una condición de contorno crucial, permitiendo determinar soluciones específicas para las ecuaciones que describen el comportamiento del flujo de fluidos en contacto con superficies sólidas.
8. Propiedades de los Fluidos
Flashcards
- ¿Qué es la viscosidad?
- Es la resistencia de un fluido a fluir.
- ¿Qué es la densidad?
- Es la masa por unidad de volumen de un fluido.
- ¿Qué es la gravedad específica?
- Es la relación de la densidad de un fluido a la densidad del agua.
- ¿Qué es la tensión superficial?
- Es la fuerza por unidad de longitud que actúa en la superficie de un líquido.
Preguntas tipo test
- ¿Qué le sucede a la viscosidad de los líquidos cuando aumenta la temperatura?
- a) Aumenta
- b) Disminuye
- c) Permanece constante
- d) Varía de forma impredecible
Respuesta: b) Disminuye. La viscosidad de los líquidos disminuye a medida que aumenta la temperatura debido a que las moléculas tienen mayor energía cinética y pueden superar más fácilmente las fuerzas intermoleculares.
- ¿Cuál de las siguientes opciones es una unidad de viscosidad dinámica en el Sistema Internacional (SI)?
- a) m²/s
- b) kg/(m·s)
- c) N/m²
- d) kg/m³
Respuesta: b) kg/(m·s). La viscosidad dinámica se mide en kg/(m·s) en el Sistema Internacional (SI). Esta unidad representa la resistencia del fluido al flujo bajo una fuerza aplicada.
- ¿Qué indica un valor de gravedad específica (SG) menor que 1.0?
- a) El objeto se hundirá en el agua
- b) El objeto flotará en el agua
- c) El objeto tendrá la misma densidad que el agua
- d) El objeto se disolverá en el agua
Respuesta: b) El objeto flotará en el agua. Un valor de gravedad específica menor que 1.0 indica que la sustancia es menos densa que el agua y, por lo tanto, flotará.
9. Viscosidad Dinámica y Cinemática
Flashcards
- ¿Qué es la viscosidad dinámica?
- Es la medida de la resistencia interna de un fluido a fluir bajo la aplicación de una fuerza.
- ¿Qué unidades se utilizan para medir la viscosidad dinámica en el Sistema Internacional (SI)?
- Kilogramos por metro segundo (kg/(m·s)).
- ¿Cómo afecta la temperatura a la viscosidad de los líquidos?
- Generalmente, al aumentar la temperatura, la viscosidad de los líquidos disminuye.
- ¿Qué es un fluido newtoniano?
- Es un fluido cuya viscosidad es constante, independientemente del esfuerzo cortante aplicado.
Preguntas tipo test
- ¿Qué propiedad de los fluidos describe su resistencia a fluir?
- a) Densidad
- b) Viscosidad
- c) Peso específico
- d) Gravedad específica
Respuesta: b) Viscosidad. La viscosidad es la medida de la resistencia de un fluido a fluir, es decir, su resistencia a ser deformado por un esfuerzo cortante.
- ¿Cuál de las siguientes unidades corresponde a la viscosidad dinámica en el Sistema Internacional de Unidades (SI)?
- a) m²/s
- b) kg/m³
- c) kg/(m·s)
- d) N/m²
Respuesta: c) kg/(m·s). La viscosidad dinámica se mide en kg/(m·s) en el Sistema Internacional (SI).
- ¿Qué ocurre con la viscosidad de los líquidos al aumentar la temperatura?
- a) Aumenta
- b) Disminuye
- c) Permanece constante
- d) Varía de forma no predecible
Respuesta: b) Disminuye. La viscosidad de los líquidos tiende a disminuir a medida que aumenta la temperatura, debido al aumento de la energía cinética de las moléculas.
10. Viscosidad Dinámica: Factores y Ejemplos
Flashcards
- ¿Qué es la viscosidad dinámica?
- Es la resistencia interna de un fluido a fluir, o la resistencia a ser deformado por un esfuerzo cortante.
- ¿Cuáles son las unidades de la viscosidad dinámica?
- kg/(m·s) en el SI o slug/(ft·s) en el sistema inglés.
- ¿Cómo afecta la temperatura a la viscosidad de los líquidos?
- Generalmente, la viscosidad de los líquidos disminuye al aumentar la temperatura.
- ¿Cómo afecta la temperatura a la viscosidad de los gases?
- Generalmente, la viscosidad de los gases aumenta al aumentar la temperatura.
Preguntas tipo test
- ¿Qué ocurre con la viscosidad de los líquidos al aumentar la temperatura?
- a) Aumenta
- b) Disminuye
- c) Permanece constante
- d) Varía de forma impredecible
Respuesta: b) Disminuye. La viscosidad de los líquidos disminuye al aumentar la temperatura, ya que las moléculas tienen mayor energía cinética y pueden deslizarse más fácilmente unas sobre otras.
- ¿Qué ocurre con la viscosidad de los gases al aumentar la temperatura?
- a) Aumenta
- b) Disminuye
- c) Permanece constante
- d) Varía de forma impredecible
Respuesta: a) Aumenta. La viscosidad de los gases aumenta al aumentar la temperatura, ya que las colisiones entre las moléculas se hacen más frecuentes y transfieren más momento.
- ¿Qué es un fluido Newtoniano?
- a) Aquel cuya viscosidad varía con la temperatura
- b) Aquel cuya viscosidad varía con la presión
- c) Aquel cuya viscosidad es constante, independiente de la velocidad de deformación
- d) Aquel que no cumple la ley de Newton de la viscosidad
Respuesta: c) Aquel cuya viscosidad es constante, independiente de la velocidad de deformación. Un fluido Newtoniano es aquel en el que la viscosidad es constante y no depende de la velocidad de deformación. La relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación es lineal.
11. Fluidos No Newtonianos
Flashcards
- ¿Qué define a un fluido no newtoniano?
- Su viscosidad varía con el esfuerzo de corte.
- Menciona un ejemplo común de fluido no newtoniano.
- Sangre.
- ¿Cómo cambia la viscosidad en un fluido shear-thinning al aumentar el esfuerzo?
- Disminuye.
- ¿Qué tipo de modelos se necesitan para fluidos no newtonianos?
- Modelos más complejos que la ley de Newton.
Preguntas tipo test
- ¿Qué característica principal define a los fluidos no newtonianos?
- a) Su viscosidad es constante bajo cualquier condición.
- b) Su viscosidad varía dependiendo del esfuerzo de corte aplicado.
- c) Siempre cumplen con la ley de viscosidad de Newton.
- d) Son siempre incompresibles.
Respuesta: b) Su viscosidad varía dependiendo del esfuerzo de corte aplicado.. La característica principal de los fluidos no newtonianos es que su viscosidad no es constante, sino que varía en función del esfuerzo de corte aplicado. Esto los diferencia de los fluidos newtonianos, que tienen una viscosidad constante.
- ¿Cuál de los siguientes es un ejemplo de fluido no newtoniano?
- a) Agua
- b) Aceite de motor
- c) Sangre
- d) Aire
Respuesta: c) Sangre. La sangre es un ejemplo de fluido no newtoniano, ya que su viscosidad varía dependiendo de la velocidad de flujo. Otros ejemplos incluyen la pintura, el ketchup y algunas soluciones poliméricas.
- En un fluido no newtoniano shear-thinning (pseudoplástico), ¿cómo cambia la viscosidad al aumentar el esfuerzo de corte?
- a) Aumenta
- b) Disminuye
- c) Permanece constante
- d) Primero aumenta y luego disminuye
Respuesta: b) Disminuye. En un fluido shear-thinning, la viscosidad disminuye al aumentar el esfuerzo de corte. Esto significa que el fluido se vuelve más fácil de fluir cuando se le aplica una fuerza mayor.
12. Flujo Laminar y Turbulento
Flashcards
- ¿Qué es el flujo laminar?
- Flujo en capas suaves y ordenadas.
- ¿Qué es el flujo turbulento?
- Flujo caótico con fluctuaciones de velocidad.
- ¿Qué es el número de Reynolds?
- Parámetro adimensional que predice el tipo de flujo.
- ¿Qué indica un número de Reynolds bajo?
- Flujo laminar.
Preguntas tipo test
- ¿Qué caracteriza al flujo laminar?
- a) Partículas de fluido que se mueven en trayectorias suaves y ordenadas
- b) Alta velocidad y mezcla caótica del fluido
- c) Fluctuaciones de velocidad impredecibles
- d) Formación de grandes remolinos y vórtices
Respuesta: a) Partículas de fluido que se mueven en trayectorias suaves y ordenadas. En el flujo laminar, las partículas del fluido se mueven en capas o láminas paralelas, sin mezcla transversal significativa, lo que resulta en un movimiento suave y ordenado.
- ¿Qué parámetro adimensional es crucial para determinar si un flujo es laminar o turbulento?
- a) Número de Euler
- b) Número de Reynolds
- c) Número de Mach
- d) Número de Froude
Respuesta: b) Número de Reynolds. El número de Reynolds es un parámetro adimensional que relaciona las fuerzas inerciales con las fuerzas viscosas en un fluido. Un número de Reynolds bajo indica flujo laminar, mientras que un número alto indica flujo turbulento.
- ¿Qué condición se cumple en la superficie de un sólido en contacto con un fluido, según el principio de no deslizamiento?
- a) La velocidad del fluido es máxima
- b) La velocidad del fluido es igual a la del sólido
- c) La velocidad del fluido es cero
- d) La velocidad del fluido es proporcional a la presión
Respuesta: b) La velocidad del fluido es igual a la del sólido. La condición de no deslizamiento establece que la velocidad del fluido en la superficie de un sólido es igual a la velocidad del sólido en ese punto. Esto significa que el fluido 'se adhiere' a la superficie.
13. Transición de Flujo Laminar a Turbulento
Flashcards
- ¿Qué parámetro adimensional determina si un flujo es laminar o turbulento?
- Número de Reynolds
- ¿Qué tipo de flujo ocurre a bajos números de Reynolds?
- Flujo laminar
- ¿Qué tipo de flujo ocurre a altos números de Reynolds?
- Flujo turbulento
- ¿Qué representa la 'V' en la fórmula del número de Reynolds?
- Velocidad del fluido
Preguntas tipo test
- ¿Qué parámetro adimensional es crucial para determinar si un flujo es laminar o turbulento?
- a) Número de Euler
- b) Número de Reynolds
- c) Número de Mach
- d) Número de Froude
Respuesta: b) Número de Reynolds. El número de Reynolds es el parámetro adimensional que determina si un flujo es laminar, de transición o turbulento, basándose en la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas.
- ¿Qué representa la densidad (ρ) en el número de Reynolds?
- a) Viscosidad del fluido
- b) Velocidad del fluido
- c) Densidad del fluido
- d) Diámetro de la tubería
Respuesta: c) Densidad del fluido. En la fórmula del número de Reynolds, ρ representa la densidad del fluido, que es una medida de la masa por unidad de volumen.
- ¿Cuál es el comportamiento del flujo cuando el número de Reynolds es menor a 2300 en una tubería?
- a) Turbulento
- b) Laminar
- c) De transición
- d) Caótico
Respuesta: b) Laminar. Cuando el número de Reynolds es menor a 2300 en una tubería, el flujo se considera laminar, caracterizado por un movimiento suave y ordenado de las partículas del fluido.
14. Compresibilidad
Flashcards
- ¿Qué es el factor de compresibilidad (Z)?
- Es una medida de la desviación del comportamiento de un gas real respecto al comportamiento de un gas ideal.
- ¿Cuál es la fórmula del factor de compresibilidad (Z)?
- Z = (PVm) / (RT), donde P es la presión, Vm es el volumen molar, R es la constante de los gases y T es la temperatura.
- ¿Qué indica un valor de Z = 1?
- Indica que el gas se comporta como un gas ideal.
- ¿Qué indica un valor de Z < 1?
- Indica que el gas es más compresible que un gas ideal debido a las fuerzas atractivas dominantes.
Preguntas tipo test
- ¿Qué valor del factor de compresibilidad (Z) indica que un gas se comporta como un gas ideal?
- a) Z = 0
- b) Z < 1
- c) Z = 1
- d) Z > 1
Respuesta: c) Z = 1. Cuando Z = 1, el gas se comporta de manera ideal, siguiendo la ecuación de estado de los gases ideales.
- ¿Qué indica un factor de compresibilidad Z < 1 en un gas?
- a) El gas es menos compresible que un gas ideal.
- b) El gas es ideal.
- c) El gas es más compresible que un gas ideal.
- d) El gas no se puede comprimir.
Respuesta: c) El gas es más compresible que un gas ideal.. Un valor de Z < 1 indica que el gas es más compresible debido a las fuerzas atractivas dominantes entre las moléculas.
- ¿Qué indica un factor de compresibilidad Z > 1 en un gas?
- a) El gas es más compresible que un gas ideal.
- b) El gas es ideal.
- c) El gas es menos compresible que un gas ideal.
- d) El gas no se puede comprimir.
Respuesta: c) El gas es menos compresible que un gas ideal.. Un valor de Z > 1 indica que el gas es menos compresible debido a las fuerzas repulsivas dominantes entre las moléculas.
15. Presión de Vapor
Flashcards
- ¿Qué es la presión de vapor?
- La presión ejercida por un vapor en equilibrio con su fase líquida o sólida.
- ¿Cómo afecta la temperatura a la presión de vapor?
- Aumenta con el aumento de la temperatura.
- ¿Qué indica una alta presión de vapor?
- Alta volatilidad del líquido.
- ¿Qué condición se cumple cuando un líquido hierve?
- La presión de vapor iguala la presión atmosférica.
Preguntas tipo test
- ¿Qué sucede con la presión de vapor de un líquido cuando aumenta la temperatura?
- a) Disminuye
- b) Permanece constante
- c) Aumenta
- d) Se vuelve cero
Respuesta: c) Aumenta. A medida que aumenta la temperatura, más moléculas tienen suficiente energía cinética para superar las fuerzas intermoleculares y evaporarse, lo que resulta en un aumento de la presión de vapor.
- ¿Qué indica una alta presión de vapor en un líquido?
- a) Baja volatilidad
- b) Alta volatilidad
- c) Alta viscosidad
- d) Baja densidad
Respuesta: b) Alta volatilidad. Una alta presión de vapor indica que el líquido se evapora fácilmente a una temperatura dada, lo que significa que es altamente volátil.
- ¿Qué condición se debe cumplir para que un líquido hierva?
- a) Su presión de vapor debe ser menor que la presión atmosférica
- b) Su presión de vapor debe ser igual a la presión atmosférica
- c) Su presión de vapor debe ser mayor que la presión atmosférica
- d) La presión atmosférica debe ser cero
Respuesta: b) Su presión de vapor debe ser igual a la presión atmosférica. Un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala la presión atmosférica circundante, permitiendo que las burbujas de vapor se formen en el seno del líquido y suban a la superficie.
16. Tensión Superficial
Flashcards
- ¿Qué es la tensión superficial?
- Fuerza por unidad de longitud que actúa en la superficie de un líquido, comportándose como una membrana elástica.
- ¿En qué unidades se mide la tensión superficial?
- N/m (Newton por metro) o lb/ft (libra por pie).
- ¿Cómo afecta la temperatura a la tensión superficial?
- Generalmente, la tensión superficial disminuye al aumentar la temperatura.
- ¿Qué son los líquidos mojantes?
- Líquidos cuyo ángulo de contacto con un sólido es menor a 90°, indicando buena adhesión.
Preguntas tipo test
- ¿Qué fenómeno físico explica la capacidad de algunos insectos para caminar sobre el agua?
- a) Viscosidad del agua
- b) Tensión superficial
- c) Densidad del agua
- d) Presión hidrostática
Respuesta: b) Tensión superficial. La tensión superficial crea una especie de 'membrana elástica' en la superficie del agua, permitiendo que objetos ligeros como insectos se apoyen sin hundirse.
- ¿Qué unidades se utilizan para medir la tensión superficial?
- a) kg/m³
- b) N/m
- c) m/s²
- d) Pa
Respuesta: b) N/m. La tensión superficial se mide en fuerza por unidad de longitud, lo cual se expresa en N/m (Newton por metro) o lb/ft (libra por pie).
- ¿Qué ocurre con la tensión superficial de un líquido a medida que aumenta la temperatura?
- a) Aumenta
- b) Disminuye
- c) Permanece constante
- d) Varía de forma impredecible
Respuesta: b) Disminuye. La tensión superficial generalmente disminuye a medida que la temperatura aumenta, ya que la energía cinética de las moléculas contrarresta las fuerzas cohesivas.
17. Efecto Capilar
Flashcards
- ¿Qué es la tensión superficial?
- Es la fuerza por unidad de longitud que actúa en la superficie de un líquido, comportándose como una membrana elástica.
- ¿Cómo afecta la temperatura a la tensión superficial?
- Generalmente, al aumentar la temperatura, la tensión superficial disminuye.
- ¿Qué son los ángulos de contacto?
- Ángulos formados en la interfase donde se encuentran dos fluidos o un fluido y un sólido. Describen las propiedades de humectación.
- ¿Qué es el efecto capilar?
- Es la capacidad de un líquido para fluir en espacios estrechos en contra de la fuerza de la gravedad.
Preguntas tipo test
- ¿Qué efecto tiene la temperatura sobre la tensión superficial de un líquido?
- a) Aumenta la tensión superficial.
- b) Disminuye la tensión superficial.
- c) No tiene ningún efecto.
- d) La tensión superficial se duplica.
Respuesta: b) Disminuye la tensión superficial.. La tensión superficial de un líquido disminuye a medida que la temperatura aumenta debido al incremento de la energía cinética de las moléculas.
- ¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor el efecto capilar?
- a) La tendencia de los líquidos a mantener una superficie plana.
- b) El fenómeno por el cual un líquido asciende o desciende en un tubo estrecho.
- c) La resistencia de un líquido a fluir.
- d) La fuerza de atracción entre las moléculas de un líquido.
Respuesta: b) El fenómeno por el cual un líquido asciende o desciende en un tubo estrecho.. El efecto capilar es la capacidad de un líquido de fluir en espacios estrechos en contra de la fuerza de gravedad, debido a la tensión superficial y las fuerzas de adhesión.
- ¿Qué condición debe cumplirse para que los efectos capilares sean considerados despreciables en un tubo?
- a) El diámetro del tubo debe ser menor a 1 mm.
- b) El diámetro del tubo debe ser mayor a 5 mm.
- c) El tubo debe estar hecho de vidrio.
- d) El líquido debe ser agua pura.
Respuesta: b) El diámetro del tubo debe ser mayor a 5 mm.. Para que el efecto capilar sea despreciable, el diámetro del tubo debe ser mayor a 5 mm. En tubos más pequeños, el efecto capilar se vuelve significativo.
18. Gases Ideales
Flashcards
- ¿Qué es la viscosidad?
- La resistencia de un fluido a fluir.
- ¿Qué es el peso específico?
- Peso por unidad de volumen.
- ¿Qué es la condición de no deslizamiento?
- El fluido en contacto con una superficie sólida tiene la misma velocidad que la superficie.
- ¿Qué es la tensión superficial?
- Fuerza por unidad de longitud en la superficie de un líquido.
Preguntas tipo test
- ¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor la relación entre la presión y la densidad en la ecuación de estado para gases ideales?
- a) La presión es inversamente proporcional a la densidad.
- b) La presión es directamente proporcional a la densidad.
- c) La presión es independiente de la densidad.
- d) La presión es exponencialmente proporcional a la densidad.
Respuesta: b) La presión es directamente proporcional a la densidad.. La ecuación de estado para gases ideales (P = ρRT) muestra que la presión (P) es directamente proporcional a la densidad (ρ), manteniendo la temperatura (T) constante.
- ¿Qué representa la 'R' en la ecuación de estado de los gases ideales, P = ρRT?
- a) La resistencia del gas.
- b) La constante de los gases ideales.
- c) El radio de las moléculas del gas.
- d) La razón de compresión del gas.
Respuesta: b) La constante de los gases ideales.. En la ecuación de estado de los gases ideales, 'R' representa la constante específica del gas, que es diferente para cada gas y se deriva de la constante universal de los gases.
- Según el texto, ¿cuál es el valor de la constante específica del aire (R) en unidades de kJ/kg·K?
- a) 0.287
- b) 8.314
- c) 28.97
- d) 1.000
Respuesta: a) 0.287. El texto indica que la constante específica del aire (R) es igual a 0.287 kJ/kg·K.
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3/3/2026 Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker 1 Universidad Tecnológica de Panamá Fluid Mechanics 1 Prepared by: Dr.Vasco O. Duke Walker Ph.D Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 5 Universidad Tecnológica de Panamá Course Policies – Engineering Course Attendance and Class Participation Communication Respect and Conduct Homework Policy Attendance is expected for all scheduled class sessions, as regular presence significantly supports comprehension and academic success. Attendance will be recorded during each session to ensure accountability, and students who are present will receive a corresponding attendance grade.
Students are required to come prepared to each session with the following materials: Course textbook Calculator Writing materials (notebook, pencil/pen) Active participation is strongly encouraged and is considered an essential component of a productive and engaging learning environment. All course-related communication will be conducted exclusively through the official UTP email account. Students are required to check their email daily for announcements, updates, and instructions. Phone calls and messaging applications (e.g., WhatsApp) are not authorized for course communication.
One student per class will be designated as a communication representative to support the dissemination of general announcements and to facilitate communication with the group in case of emergencies or special situations. Any work will be assigned and submitted through Microsoft Teams. Students are responsible for completing and submitting all assignments by the specified deadlines. A respectful and inclusive classroom environment is essential. Respect must be shown to the instructor, classmates, and yourself at all times. Disruptive behavior, including unauthorized cell phone use during class, will not be tolerated.
Phones should be silenced and stored away during instructional time unless explicitly allowed for a class activity. Language of Instruction The class will be conducted in Spanish to ensure clear understanding and participation. However, all instructional materials, including slides, handouts, assignments, and textbooks, will be shown in English. Two types of homework will be assigned in this course: non-graded homework and graded homework. All assignments will be managed and submitted through Microsoft Teams. Non-graded homework is mandatory and serves as evidence of continuous academic engagement.
These assignments are evaluated on a compliance basis: students who submit complete work by the specified deadline will receive full credit (100%), while failure to submit or submission of incomplete work will result in a non-compliance record (0%). Partial or insufficient submissions will not be accepted. Graded homework will be formally evaluated and must be submitted on the same day it is assigned, unless otherwise specified by the instructor. These assignments are expected to reflect individual effort, completeness, and adherence to academic standards. All submitted work must be original.
Any form of academic dishonesty, including copying or unauthorized collaboration, will result in a grade of zero (0%) and may lead to further disciplinary action in accordance with institutional regulations. Late submissions will not be accepted under any circumstances, except in cases of duly documented and justified causes approved in advance. Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 6 Universidad Tecnológica de Panamá Note-Taking Policy Class Recording Policy Recording of any kind is strictly prohibited during class sessions, including audio, video, or screen recording, without explicit authorization.
This policy applies to all recording devices, including smartphones, laptops, tablets, and wearable technology. Unauthorized recording is considered a violation of classroom conduct and may result in disciplinary action in accordance with university policy. Student Portfolio Requirement (Portafolio Estudiantil) Grading System Homework (graded and non- graded/compliance- based), laboratory work, and quizzes. 20 % Exams ( 1 – 3) 40 % Final Exam 40 % Grading Scale GRADE (GD): A - GD>91, B - 91>GD>81, C - 81> GD>71 D - 71> GD>61, F - 61> GD Students are responsible for taking accurate and complete notes during class.
Active note-taking is an essential component of the learning process and is expected of all students. Presentation slides may be provided at the instructor's discretion; however, students are expected to listen attentively and independently document key concepts, explanations, and examples discussed during lectures. The use of photographs (e.g., of slides or board work) is permitted as a supplementary resource. However, students must ensure that taking photographs does not interrupt the class, distract others, or replace active engagement and note-taking during the session.
Each student is required to compile and maintain a complete Student Portfolio (Portafolio Estudiantil) throughout the semester. The portfolio must include, at a minimum: Class notes Homework assignments Quizzes and exams Project documentation and reports It serves as an official record of academic progress delivered at the end of the semester. Compliance with this requirement may contribute up to five (5) additional points to the final course grade. It is used to support and clearly demonstrate the student's own work and problem-solving process.
All content must reflect the student's individual effort and understanding; the direct use or reproduction of instructor-provided materials as a substitute for original work is strictly prohibited. Failure to comply with this policy will result in the portfolio or corresponding component being dismissed and assigned a grade of zero (0%). Basically, no additional points. The standard grading scale for this course is based on letter grades: A, B, C, D, and F, in accordance with institutional norms.
Grades of I (Incomplete) and N (No Grade) will not be assigned under normal circumstances and will only be granted in exceptional cases, subject to the instructor's discretion and supported by proper documentation. If a student remains officially enrolled in the course, they will be subject to evaluation under the established grading criteria. Students who are unable to continue with the course have the option to formally withdraw in accordance with institutional procedures. Course Policies – Engineering Course 3/3/2026 Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker 8 Universidad Tecnológica de Panamá Introduction Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 9 Universidad Tecnológica de Panamá What is a fluid? Liquid and gas Unlike a solid, cannot withstand a "infinitesimal" shear stress unless it is in motion. – Couette flow example τ = μ y Newton's law of viscosity Homework problem 1 What is the SI unit of viscosity? Derive from the definition. Sometimes, the distinction between solids and fluids may not be well defined. Substances like paints, jelly, pitch, putty, polymer solutions, biological substances (egg whites may simultaneously display both solid and fluid properties - viscoelastic- Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 10 Universidad Tecnológica de Panamá Difference between Solid and Fluid Solid: Applied tangential force/area (or shear stress) τ produces a proportional deformation angle (or strain) θ. τ = Gθ The constant of proportionality G is called the elastic modulus, and has the units of force/area. Fluid: Applied shear stress τ produces a proportional continuously- increasing deformation (or strain rate) ሶ θ τ = μ ሶ θ The constant of proportionality μ is called the viscosity, and has the units of force×time/area. Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 11 Universidad Tecnológica de Panamá We know: Fluids cannot resist shear stress Ans. Can a fluid resist normal stress?
(a) Yes, but only liquids (b) Yes, but only gases (c) Yes, both liquids and gases (d) No. Fluids cannot resist normal stress - Normal stress in a static fluid is called pressure Concept of a Fluid Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 12 Universidad Tecnológica de Panamá Dimensions and Units In fluid mechanics we use four Primary Dimensions: { } has dimensions Mass {M} Length {L} Time {T} Temperature {Θ} A unit is way of attaching a number to the dimension, using an arbitrary measure Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 13 Universidad Tecnológica de Panamá Secondary Dimensions The most important secondary dimension is Force {F} Using Newton's Second Law: F = ma {F} = {M L T 2 } International System (SI): 1 N = 1 kg (1 m/s2 ) British Gravitational System: 1 lb = 1 slug (1 ft/s2 ) Important! "slug" is the unit of mass (not lb or lbm) 1 slug= 14.59 kg Energy has units of Joules J N m A Newton is defined by F=ma: N kg m s2 J kg m s2 m Dimensions: ML2 T2 Thus, energy/work/heat have dimensions {M L2 T 2 } Why does energy have dimensions {M L2 T 2 }? will be used later in lecture 4 in Dimensional Analysis Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 14 Universidad Tecnológica de Panamá Example: Dimensional Consistency The dynamic viscosity (μ) of an oil is calculated by measuring the terminal velocity (V) of small spheres falling under the action of gravity ( ) For very slow flow ("Stokes Flow"): Confirm the dimensional consistency of this equation Homework problem 2 Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 15 Universidad Tecnológica de Panamá – Statistical method molecular dynamics laws of mechanics and probability theory Theory is well developed for light gases, but it is incomplete for polyatomic gas molecules – Continuum approach Assuming fluid consists of continuous matter – mean free path of the molecules be very small compared with the smallest physical length scale of flow field At each point of the continuous fluid, there is supposed to be a unique value of the velocity, pressure, density, and other so called field variables. The continuous matter is then required to obey the conservation laws of mass, momentum and energy. Background: Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 16 Universidad Tecnológica de Panamá Validity of Continuum Assumption One cubic millimeter of air under standard atmospheric conditions contains about 2.7 x1016 molecules; mean free path 68nm. Knudsen number : ratio of the molecular mean free path to a representative physical length scale. ~ ( , ) Breakdown – a foot-long satellite in the upper atmosphere or "in" a shock At normal P&T, 2 μ cube Gas: 2x108 molecules Liquid: 2x1011 molecules Where: 1. n is the number of molecules per unit volume 2. L is the smallest significant length scale in the flow field, which is usually called the macroscopic length scale. 3.
ε- small volume Then, the above condition states that the continuum concept will certainly be valid if some volume ε that is much larger than the volume occupied by a single molecule of the fluid but much smaller than the cube of the smallest macroscopic length scale (such as cylinder diameter) can be found. Statistical and Continuum Methods Continuum Assumption A gas is approximated by a continuous substance, so that the effects of the individual particles are averaged together. = = Knudsen Flow Regime Description Perfect Gas?
Kn<0.01 Continuum flow Molecules collide often; fluid mechanics apply Yes, perfect gas model works well 0.01<Kn<0.10 Slip flow Somemolecular effects appear Ideal gas OK with corrections 0.1<Kn< 10 Transition flow (Rarefied Flow) Continuum breaks down Ideal gas may not bevalid Typical assumptions? Steady State – Not changes in time Reversible Adiabatic Average or Uniformed properties. Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 17 Universidad Tecnológica de Panamá Local field Property Individual molecule in small volume ΔV having mass Δm and velocity v The field variables such as the density ρ and the velocity vector u will in general be functions of the spatial coordinates and time.
In symbolic form, this is written as ρ = ρ(x, t) and u = u(x, t), where x is the position vector whose Cartesian coordinates are x, y, and z. Pressure Pressure is defined as the force/area acting normal to a surface. A solid surface doesn't actually have to be present. The pressure can be defined at any point , , in the fluid, if we assume that an infinitesimally small surface Δ could be placed there at whim, giving a resulting normal force Δ . p = lim A 0 Consider a fluid element (or tiny "blob" of fluid) as it moves along. As it passes some point B, its instantaneous velocity is defined as the velocity at point B.
at a point = velocity of fluid element as it passes that point This velocity is a vector, with three separate components, and will in general vary between di erent points and di erent times. Velocity , , , = , , , Ƹ + , , , Ƹ + ( , , , ) = 2 + 2 + 2 Speed is the magnitude of the velocity vector ρ = lim V ε Σ m V u = lim V ε Σ V m m Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 18 Universidad Tecnológica de Panamá Steady and Unsteady Flows If the flow is steady, then , , don't change in time for any point, and hence can be given as ( , , ), ( , , ), ( , , ). If the flow is unsteady, then these quantities do change in time at some or all points.
For a steady flow, we can define a streamline, which is the path followed by some chosen fluid element. As shows three particular streamlines. Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 19 Universidad Tecnológica de Panamá One of the most important concepts in fluid mechanics! At a solid surface, fluid "sticks" to the surface Experimentally observed fact: Fluid has the same velocity as a solid surface If the surface is stationary: u=0 at y=0 Thus, at a solid stationary surface: No-slip Condition Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 20 Universidad Tecnológica de Panamá No-slip Condition The no-slip condition provides the boundary condition for mathematical solutions of fluid flow Every day consequences of the no-slip condition: - Difficult to getting the last of the ketchup out of the bottle. - Your car is still dirty after driving fast. Dust particles are in a low velocity region due to no-slip https://www.youtube.com/ watch?v=cUTkqZeiMow Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 21 Universidad Tecnológica de Panamá Fluid Properties Density, ρ Mass per unit volume: units kg/m3, slugs/ft3 Liquids can be considered incompressible for most engineering applications Liquid density is independent of pressure: ρ f(p) Liquid density is a weak function of temperature (due to thermal expansion) Table A.1 Density of liquid water as a function of temperature Density of gases at high temperatures and low pressures (T>> Tcritical and P<<Pcritical ) can be calculated using the ideal gas equation: For example, the density of air at room conditions (p = 100 kPa and T = 20 C) is: where R is the gas constant For air: R=287 J/kgK ρ = p RT Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 22 Universidad Tecnológica de Panamá Fluid Properties Specific Gravity, SG Ratio of the density to the density of water (at 4 ° ) SG is dimensionless, no units SG indicates if substance will sink or float on water. If SG is less than 1.0, it will float, e.g. most oils Olive oil on water Specific Weight, γ Weight per unit volume; units N/m3 , lb/ft3 Example: Liquid water at 20 ° : ρ = 998 kg m3 = 1.937 slug/ft3 γ = ρg γwater = 998 kg m3 9.81 m s2 = 9790 N/m3 γwater = 1.937 slug ft3 32.14 ft s2 = 62.3 lb/ft3 We will use these values to calculate hydrostatic forces. Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 23 Universidad Tecnológica de Panamá Fluid Properties Dynamic Viscosity*, μ (Greek lower case mu) Units, kg/(m s) or slug/(ft s) Viscosity is the fluid's resistance to flow, i.e. the resistance to applied shear stress High viscosity fluids, e.g., honey, engine oil Low viscosity fluids, e.g. water, air Kinematic Viscosity, ν (Greek lower case nu) Units, m2/s or ft2/s ν = μ ρ Viscosity For most fluids, the shear stress (τ) is linearly proportional to the rate of shear strain of the fluid element Shear strain rate is equal to the local velocity gradient: Using arc length formula: δθδy = δuδt For most fluids the relationship is linear: Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 24 Universidad Tecnológica de Panamá Fluid Properties Dynamic viscosity (μ) is the constant of proportionality Sometimes called "Newton's Law of Viscosity" Dynamic Viscosity, μ For common fluids (air water, oils) viscosity is a constant; independent of shear rate Viscosity (μ) is the slope Such fluids are called Newtonian fluids In this course, we will assume that fluids are Newtonian Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 25 Universidad Tecnológica de Panamá Dynamic Viscosity, μ Very weak function of pressure Viscosity is a function of temperature: - viscosity of liquids decrease as temperature increases - viscosity of gases increase as temperature increases Example: The Viscous Shear Force A plate in a machine is lubricated by a film of SAE50W oil at 20 ° with thickness t=1.5 mm. The plate has length L=30 mm and depth w=130 mm (into the page). Calculate the shear force (F) required to slide the plate at a velocity of V=2.1 m/s. FIGURE 2–29 Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 26 Universidad Tecnológica de Panamá SOLUTION How to estimate the velocity gradient?
Dynamic viscosity of SAE 50W at 20°C Linear approximation Direction of the fluid shear stress on the plate? Acts like opposes motion Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 27 Universidad Tecnológica de Panamá Some fluids, viscosity depends on shear rate and/or time Viscosity is not constant Such fluids are called non-Newtonian fluids Examples: - Blood is shear thinning Corn Starch and Water (Dilantant) A Non-Newtonian fluid - Recommend trying this a home Non-Newtonian Fluids Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 28 Universidad Tecnológica de Panamá In turbulent flow, fluid "particles" move in irregular paths The velocity at a fixed point varies randomly (Turbulent flow is a stochastic process; requiring statistical analysis) Enhances convective heat transfer, good mixing Turbulent flows are most common While there are some good engineering models, turbulence remains an unsolved problem in modern physics Laminar & Turbulent Flows In laminar flow the fluid "particles" move along smooth paths (from laminae, meaning thin layers) Velocity at a point is constant in steady flow Laminar flow occurs a low fluid velocities, over small objects or in highly viscous fluids Fluid viscosity dampens out the eddies (vortices) associated with turbulent flow https://www.youtube.com/watch?v=5YwnY0wPphA Prepared by: Dr.
Vasco O. Duke-Walker Ph.D 29 Universidad Tecnológica de Panamá The character of a flow, laminar or turbulent, depends mainly upon a dimensionless parameter called the Reynolds number (Re): (e.g. Re<2300 laminar pipe flow 4000>Re>2300 transition Re>4000 Turbulent ) Transition from Laminar to Turbulent Flow Large eddy simulation of a pitching airfoil undergoing deep dynamic stall Re = ρVD μ ρ fluid density μ fluid viscosity V fluid velocity D pipe diameter Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 30 Universidad Tecnológica de Panamá Compressibility?
Incompressible M < 0.3 Subsonic Regime M < 0.8 Subsonic Definition M <1.0 Transonic Regime 0.8<M <1.2 Where: = = = = Thermodynamically: Compressibility Factor Z If : = 1 the gas behaves ideal gas If < 1: the gas is more compressible than an ideal gas (dominant attractive forces) If > 1 : the gas is less compressible than an ideal gas (dominant repulsive forces) Supersonic Definition M>1.0 Supersonic Regime M>1.2 Hypersonic Definition M> 5 Define with Mach: = Which EOS (Equation of State) are used for real gases? EOS for ideal gases = = For ideal gases: = ; gamma = Mach number: https://www.youtube.com/watch?v=OwDiONfCt2s For more check, sonic boom Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 31 Universidad Tecnológica de Panamá A liquid in an open container will evaporate Some molecules have enough momentum to overcome the intermolecular cohesion Evaporation rate increases as temperature increases more molecular kinetic energy With a lid, the molecules will build up in the vapor until the number of molecules entering and leaving the liquid surface are EQUAL An equilibrium is reached.
Mixture is saturated The pressure that builds up in the vapor is called the vapor pressure, Vapor pressure increases with temperature A liquid with a higher vapor pressure will evaporate at a higher rate Vapor Pressure (A measure of volatility) Another way to look at it: Vapor pressure is the pressure at which a liquid boils for a given temperature For example: At atmospheric pressure, = 101.3 Water boils at 100 ° As pressure decreases, water boils at a lower temperature. Water can boil at 0 ° near vacuum. Vapor Pressure of Water with Temperature Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 32 Universidad Tecnológica de Panamá Surface Tension, ϒ (Greek letter Upsilon) Liquid molecules have cohesive forces. At an interface with a gas there appears to be an elastic membrane at the surface Units, N/m or lb/ft Modelled as a membrane, where ϒ is the force per unit length of the (fictitious) membrane Water-air interface, ϒ=0.073 N/m (at 20C): Enough tension to support an insect and small metal objects at a surface Surface tension is caused by the cohesive force between liquid molecules Molecules away from the interface are pulled uniformly in all direction At the interface the outward force is weak because The molecules in the gas are more dispersed Prepared by: Dr.
Vasco O. Duke-Walker Ph.D 33 Universidad Tecnológica de Panamá Surface Tension, ϒ Surface tension is a function of temperature Decreases with temperature Surface tension can be strongly affected by contaminants Detergents reduce the surface tension Surface tension is the cause of capillary action Wetting liquid/solid pair < 90 Liquid drawn up into a small tube Non-wetting liquid/solid pair > 90 Liquid drawn down into a small tube Capillary Effect Liquids are said to "find their own level" Not true for small diameter tubes For capillary effects to be negligible Tube diameter must be > 5mm (approx.) Capillary rise: h = 2σs ρgR cos ϕ (R = constant) Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 35 Universidad Tecnológica de Panamá = ( ) EOS for ideal gases = For air: = Specific heat at constant Volume = (1) Internal energy: Enthalpy is defined as: = + = + = + (3) = Specific heat at constant Pressure Specific heat at constant Volume Specific heat at constant Pressure = . (2) Finally, = ( not chemically reacting) = = = = + Gibbs Relations Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 34 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 39 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 40 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O.
Duke-Walker Ph.D 41 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 42 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 43 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 44 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 45 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 46 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 47 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 48 Universidad Tecnológica de Panamá Prepared by: Dr. Vasco O. Duke-Walker Ph.D 49 Universidad Tecnológica de Panamá