Unidad I. Conceptos Fundamentales


Transferencia de Momentum

Dinámica de fluidos
     
    Un fluidos es una sustancia que puede sufrir deformaciones gracias a la aplicación de una fuerza hasta que esta fuerza deje de ejercerse. Los fluidos principalmente son gases y líquidos, los sólidos al tener enlaces muy fuertes entre sus moléculas presentan una gran resistencia a las deformaciones. Diferentes de los líquidos y gases donde las moléculas son mas libres y pueden moverse mas fácilmente y son capaces de adoptar la forma del recipiente que los contiene.
           Al movimiento de un fluido se le llama Fuir, analógicamente, podemos relacionarlo con el aire y el viento. Siendo el aire un fluido y el viento la acción de fluir.

    A la fuerza que se le aplica a estos fluidos se le llama Esfuerzo Cortante y se define como la Fuerza Tangencial (que actúa paralela a la superficie de un fluido) por la cual se origina un desplazamiento.

    Por ello podemos decir que un fluido sometido a fuerzas Tangenciales sufre deformaciones.
    Fluidos Compresinsibles e inconprensibles 
    Los fluidos pueden dividirse en Comprensibles e Incompresibles
    Se puede decir que todos los fluidos son comprensibles, hasta los líquidos. Pero lo que en realidad define si una fluido es comprensible o no es la medida de la variación del volumen. Los líquidos presentan una variación que es muy pequeña y despreciable, por ellos son llamados Incompresibles. Cuando los fluidos tienen una variación significativa en su volumen o por consiguiente en su densidad, se les llama comprensibles


    Viscosidad
    Una de las propiedades de los fluidos es la viscosidad, definida como la resistencia que muestran los fluidos a la acción de fluir, básicamente podríamos decir que se refiere a la facilidad de fluir.


         Fluido con alta viscosidad (abajo),
          fluido con baja viscodida 










     
    Tipos de Flujos:
    Ley de la Viscosidad de Newton
    τ =Esfuerzo Cortante
    μ = Viscosidad
    dv/dx = Gradiente de la velocidad
    El esfuerzo cortante es igual a la fuerza tangencial por unidad de área.

    Esta formula se refiere a que al aplicarle una fuerza tangencial a un fluido que esta entre dos placas el fluido ganara cantidad de movimiento y se establecerá un gradiente de velocidad. Dicho de otra forma la Fuerza tangencial por unidad de área es igual el negativo de la gradiente de velocidad.
    A los fluidos que cumplen con esta ley se les conoce como Fluidos Newtonianos.
    Los Fluidos No-Newtonianos son aquellos que al aplicárseles un esfuerzo constante se comportan mas como un sólido ya que su viscosidad varia con la fuerza. Algunos ejemplos de estos fluidos son: El petróleo , pinturas, lubricantes, etc.  

    Transferencia de Momuntum
    Es básicamente la velocidad asociada con la masa. El Impulso es una de las transferencias de Momentum (cambio en la cantidad de movimiento). Momentum se transfiere desde una región de alta velocidad hacia una de menor v. Se mide como el producto de la masa y la velocidad. (si la masa se mantiene constante)
    Solo se mide la diferencia de la cantidad de movimiento final e inicial.
    Impulso: se refiere a la fuerza por cierta cantidad de Tiempo.
    Ley de Newton.

    Partiendo de la segunda ley de Newton:
    “La Fuerza que se le aplica a un cuerpo es igual a la aceleración que toma es cuerpo por su masa”

    Transferencia de Energía
    Diferencia entre Calor y Temperatura.
    El calor es la energía que se trasfiera como resultado de que dos sistemas tengan una diferencia de temperatura.
    La temperatura es la medida promedio de energía cinética de las moléculas. A mayor movimiento de las moléculas mayor es la temperatura y viceversa. Coloquialmente, puede decirse como la diferencia entre calor y frío presentada en diferentes escalas. (Celsius, Fahrenheit, kelvin)  

    Gradiente de Temperatura
    El el aumento o decremento de temperaturas que se presenta de manera continua. 

    Mecanismos de Transferencia de Calor
    Conducción: La conducción es la trasferencia de calor que se realiza a través del contacto directo con la materia que lo conduce. (ley de Fourier)
    Convección: Esta trasferencia de energía calorífica se realiza por medio de un fluido.(Ley de Enfriamiento de Newton) Movimiento convectivo: Movimiento producido por estar cerca de la fuente que trasmite el calor (acelera el enfriamiento de las superficies).
    Radiación:Es la trasferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas emitidas por un cuerpo gracias a la diferencia de temperaturas. (L. Stefan-Boltzman)
    Mecanismos simultáneos de transferencia de Calor.
    Ejemplo: Una roca que esta expuesta al calor del medio ambiente, se calienta con convección por medio del aire y radiación por el sol o por algún cuerpo cercano y por conduccion cuando el calor se propaga hacia el interior de la roca.  
    En sólidos semitransparentes solo se aplica la conducción y radiación mientras que en sólidos opacos se aplica solamente la conducción.
    En fluidos puede ocurrir la convecino  o conducción pero no ambos.
    Un medio solo puede experimentar dos mecanismos simultanees  como máximo.

    Ley de Fourier 
    La Ley de Fourier  asociada con la conducción dice que la cantidad de calor por conducción es igual al gradiente negativo de temperatura.
    Expresado de manera unidireccional
    q= Flujo de calor
    K=Constante de conductividad térmica
    dT/dx= Diferencia de Temperatura por distancia.

    La temperatura puede variar en tres dimensiones.
    Esto nos dice que el trasporte de moléculas de calor se hace en todas las dirección de modo que el calor se conduce con la misma conductividad termina k.


    Transferencia de Masa

    Concentración de Masa
    La concentración de masa se refiere a la masa de una especie por unidad de volumen.ρρ
    ρ=Concentración de materia en unidades de masa de la especie α.
    Fracción masa.

    Concentración Molar
    Es el numero de moles por unidad de volumen.
    Fracción molar.

    Velocidad media de Masa
    En una mezcla en difusión, las diversas especies se mueven a diferentes velocidades.
    Se define como el promedio de todas las velocidades en las moléculas de una especie en el interior de un pequeño volumen.
    Velocidad media Molar
    Velocidad promedio a la que se mueven los moles de una especie.

    Difusión
    Se define como el modo de propagación molecular, en el que la partículas se introducen en un medio en el que estaban ausentes.'
    Efusión
    Es el modo mediante el cuan un gas que esta bajo cierta presión escapa del medio en el que se contiene hacia un medio exterior. (Ley de Graham)

    Ley de Fick
    La ley de Fick describe el movimiento de una sustancia, en una mezcla de sustancias, dándose un gradiente de concentración de dicha sustancia.
    Gradiente de concentración se lleva a cabo cuando una especie química se difunde de una región de concentración elevada a una de mas baja o viceversa.
     
    dnj/dt=Velocidad de Flujo de j.
    dcj/dx=Valor de la variación de concentración molar (gradiente de concentración).
    Dkj=Constante de proporcionabilidad (coeficiente de difusión)
    A=Área
     
    La velocidad de difusión es proporcional al área y al gradiente negativo de concentración. Cuando el tiempo pasa, el gradiente, en un plano dado, varia haciéndose finalmente cero, entonces para la difusión.

     

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