Mecánica de fluidos aplicada

477 Pages·1996·35.27 MB·Spanish

by  Robert L. Mott

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An uestrhoisj oLsy nnéR,o berJtr.y Stephen;
a misp adres.
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Mecánicafl udied oasp licada
Mecánicdae fluiadpolsi cada
Cuartae dición
RoberLt. M ott
UniversdiedD aady ton
TRADUCCIÓN:
CarloRso bertCoo rderPoe draza
TraductPorro fesional
A.H omeroF lores Samaniego
ColegdieoC ienciya Hsu manidades.
NacionAaul lónomdae M éxico
Universidad
REVISIÓNT ÉCNICA:
:\ligue! Chacón Paz
IngI.n dustErsipaelc ialMicddandi ca
CENETl
ProIfnevesstoigra dor
AutónomMac tropolitana-Azcapotzako
Universidad
PEARSON
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Addison
PRENTICE
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�lÉXI•CA OR GENTINBAO LIVT·BAR ASI•LC OLO�IB•L -C\O STA RCIHCIAL E• • ECUADOR
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ELS ALVADO•RE SPAÑ•AG üATE�IA•LH AO l'Dl.íRNAlSC AR.-\GUPAA ;-.IA�IÁ
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PARAGUA•YP ERÚ PUERTOR ICO•R EPl:BLDIOC�AI [).1CA."'tA:•R L'GUAVYE :-.:EZt:ELA
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AMSTERDA�•I H ARLO• W� ��A•� :>IJLI' :-;JC• :-oH "t.B'A OE•L �HJIE :-;LPOA RK• :'ol l:E\J'EARSEY
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EDICIEÓNIN N GLÉS:
Covearr tR:e ndering aLrtairsrHtye wit\-tt,o deMmc diuml ncP ortlandf.o ErOD RA ,B erkelCeAy ,
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MOTT: MECÁNICDAE F LUIDOASP LICAD4AaE..d .
Traduciddeoli ngldéesl ao braA:p plieFdl uiMde chaniFcosu,r th
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withopuetr missiinwo rni ttfirnogtm h ep ublisher.
Prohibliard eap roductcoitóoanp l a rcidaeel s toab rap.o rc ualqumieedrio o m éwdos ianu torizacieósnc rito
por
dele ditor.
Derechroess ervados respeac tloap rimeerdai cieónne spañpoulb licpaodra
© 1996
Prentice
HalHli spanoame5-r.iA.c ana,
Call4e N °2 5-2p"i sFor acIcn.d A.l cBel anco,
NaucalpdaenJ uáreEzd,o d.e M éxico,
C.P. 53370
ISBN
968-880-542-4
Miembrdoe l aC ámarNaa ciondaell a I ndustria ERdeigtN.oú rmi.a1 l5.2 4
OrigiEnnagll iLsahn guaEgdei tiPounb lisbhycP dr cnticel-nHca.l l •
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I�IPRESEON .'v!ÉXICO/PRI1��TM EEDX ICO
•••• Prefacio
Introducción
Elo bjetdieve os tlei breosp resenltoaspr r incipdeil oasm ecánidceaf luidolsa
y
aplicacdieót na lepsr incipai porso blemparsá ctiyc doesa plicacEilóé nn.f asis
princispeap lo ne leansp ropiedaddeel so st lUideosst.á ticfal udied !olsu.jd o.:
fluideonsc onductcoisr culya rneocs i rculasreelse.c cdieób no mbas su
y aplica­
ciónfl,u jo de canalf uaebrizdeaersst aor.r olploardfl ausi doesnm ovimiendtio.s e­
ñoy análidseic so nductHoVsA C,f ludjeog aseys l.a m edicidóenp residóenn.s i­
dadv.i scosiyd aufldjo .
Entrlea sa plicacieonne elcs a mpod el am ecánisceai ncluypeont encia de
fluicdoa, lenvtenatmiliaycae icónonnt dioci,o nadmeia etnr(teHo V AC)e:n1!1 campo
del aq uímisceai ncluyfleunj oe ns istemdaesp rocesamideenm taot erialeens :
y
losc ampocsi vyi alm bientteanle moasp licacieonns eiss temdaeas g ua ded ..:se­
y
chods ea guas.i stemdaeas l macenamideenfl tuoi doys d ed istribucfliuójnod.e
y
canaalb ierEtsot.le i breos tdái rigia dcou alqupieerrs oqnuae s ed esempeeñne
algúcna mpod el ai ngenieenre ílqa u el ah abilipdaarda aplloispc rairn �ipJi.lo.as:
mecánidceaf luideoses l p rinciopbajle tivo.
See speqruae l apse rsonqauseu tilieclle inb treon gaunnb uenc onm:imiento
de álgetbrorinago,me tría mye cánifcíasc iaD.e spués de tetnenxitneoalk.r c tourc ­
d
bcrtáe nelrah abilipdaardda i señya arn alisziasrt emparsá ctidceo! sl udejt olu iJos
y des eguaiprr endieennde olc ampoO.t rocsu rsoasp licadcoosm.op otencia de
fluidHoVsA.C e hidráulciicvaip lu edeenn señarssieg uienedlpo r esenttee :<hl.
Alternativaemsetnleti eb.r o posderruí tai lizpaadroae nseñtaerm asse lectdoes
mecánidceaf luiddoesn tdroe tacluerss os.
Enofque
Ele nfoquutei lizeaned sot lei braon imaal e studiaan itnev olucreanre lsa ep renJi­
zajdce l osp rincipdeil oasm ecánidceafl uidoesn c incnoi ,·eles:
l. El entendidmeic eonntcoe ptos.
2. Elr econocimideenlpt loa nteamileóngtiodc eol as olucidóenp robkm¡,s.
3. La habiliddeae dn tendleorsd etalrleeqsu aideonsl ar eoslción prohlc­
u tk
mas.
4. La habiliddeac dr itieclad ri señdoe u n sistedmaad o uer ccomenJar
y
mejoras.
Lah abiliddead di señsairs tcmdaels l uidporsá cticeofsi cicntes.
5. y
Estte: nfoJqeuv ea rinoisv elheats e niédxoi teonl a del ac onliaJnez a
construcción
lse studiaennt eCs:.l pacidaadn alizar diseñsairs temdaens u iJo:->.
o SU tk y
Losc oneposs onp resenteandu onsJ cngualjarco sei lustcroanrn c fert:n­
c t c y
ciaa s istemf:.1íss ic<o.n: osu le el kctor deest'ltcarrraí mai liJriz:1cu.n¡.J ;¡
Inc·a s P¡u:¡
Prefacio
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conceptod au sneaj ustificianctiuóinta isvcíao ,m ou nab asmea temátiLcoasm. é ­
tododse s olucidóemn u chotsi podsep roblemcaosm plejsoeps r esenstiagnu iendo
procedimientoas p apsaoSs.eo p oneé nfaseinsl ai mportandceir ae conoclears
relacioennetsrl eoq ues ec onocleo,q ues ed ebee ncontyr alrae leccidóenu n
procedimideenr teos olución.
Muchosp roblemparsá ctidceol sa m ecánidceaf luidroesq uieprreonc edi­
mientdoesr esolución relaltairvgaoHmsee. tn etnei dloae xperiendceqi uae l os
estudianat meesnu,d ot,i enen difiecnuo lbttaednl eorsd e taldleel sas oluciPóonr.
estraa zócna,d ae jempillou strasteti rvaob adjeat alladamiennctleu,y eenldm oa ­
nejdoe u nidadeenls a esc uacioEnnel so.es j emplmoássc omplicasdeou st,i luinz a
formatoi ndset ruccpiroongersa maednoe ,lc ual lsepe i dael e studiaqnuteee f ectúe
unap equeñpaar tdeel as oluciaónnt edsem ostraerllr ee sultcaodror ecLtoos. pro­
gramasso nd elt iploi neeanll ,o sq uee nu np anesle p resenutnca o ncepyt lou ego
see stabluencape r egunot sael ep idael l ectqouer r ealiucnea c ierotpae raciEóln .
siguiepnatneed lal ar espuecsotrar eyc ltoasd etaldleelps r ocedimiceonnet loc ual
sel ee ncontLruóe.g coo ntienúlpa r ograTmaar.e daesp rogramaceincó onm putadora
sei nclueyennn u evcea pítuplaorasan imaarl oess tudiaanu tteisl ilzaca orm putadora
enl ar esolucdiepó rno blemmaássl argyo cso nm ásc antiddaecd á lculSoeis n.c lu­
yenc uarenyt dao st aredaesp rogramación.
ElS isteImnat ernac(iSoynsatle Imnet ematiodneUa nli)d ad(eSsI y) e lS iste­
ma BritándiecU on idadseesu tilizan aproxidmeai dgaumamelan nteer Laa.n ota­
cióSnI q ues ep resenetnea s tlei brsoi gulea so rientacieosnteasb lecpiodrea ls
ConseNjaoc ionAamle ricadneoM étri(cAam ericNaant ionMaelt riCco unciSle) .
utilizan toatmrbariseé fne rencias:
Norma InternaciIoSnOa l Unidad5e1s Rye comendacipoanrease lU so
1000,
de Múltpiloys d eC ienaOst raUs nidadeOsr,g anizaIcnitóenr nacpiaornaa l
sus
Estandarización.
Orientayc iGóuní aA 5MEp arae lU sod el asU nidad(eMsé tric5a1), edi­
s•
ciónS,oc iedad AmerdiecI anngae nieros Mecánicos.
Unidadese nM ecánidceaf luidSoosc,i edAamde ricadneaI ngenieMreo­s
SI
cánicos.
Caracterníusetvdiaelcs aac su aare tdición
Lac uarta edciocnitóinnc úoane lm ismop atródnee dicioannetse rioenrc eusa nto
alr efinamieennl tao presendteav cairóinto esm asa,lm ejoramiednetlao t ractivo
visuya mla nejabilidlaidb rdaoel ,la a ctualizadcei ólndo ast del ast écnicdaes
os y
análisyi sal, a a ñadidusreal ectdievn au evmoa teriLaal s.i guielnitsert eas alta
algundoesl osc ambios dceu arletada i ción:
• Elu sod ed istinetloesm entgorsá fihcaocsem ása tracteillv iob rPoe.r ol,oq ue
esm ási mportamnetjeo,re ala prendidzealej set udiya nsture a piddeezc ompren­
siónS.er esaltcaonnd. i stinttoonsod se grliossf, l uidqouses ep resenetnal na s
figuraalis g uaqlu e lcausr vays l asg ráficpaasr,da i stingudier llaasls í neas.
Est·roe slutae specialmente eenlf oesdc itaigvroa mdaesM oodyq ues ep resen­
tane ne lc apítuyl eon l acsu rvdaesd esempedñeob ombaqsu ea pareceenne l
9
capítulo
15.
• A travésl idbe.rll.o a fsó rmulparsi ncipalerse seaslttáaynd r aost ulacdoanse ti­
quetaesne lm argeinz quierddemo a,n erqau el osl ectoprueesd aenn contrarlas
fácilmepnatrseau r epasoo p ara utilizlaarr elsaosl uecdnie óp nr oblemas.
Prefacio ix
• Ene lc apít1usl eo incnluueyveia n formacsioóbnr e medicdiev oinsecso siyd ad
deg ravedeasdp ecífcoincr ae ferenac ilaass actuali7.daedl aaSs o ciedad
normas
NorteameripcaarPnara u ebyaM sa teria(lAeSsTiv l[ AmericSaonc ieftoyrT esting
andM aterials]).
• Ene lc apít2u lsoep resenntuaenv afso togradfeía apsa rateo isn strumednet os
medicidóenv iscosijduandtc,oo nn ormansu evasa mpliamernetvei sapdaarsa
y
losg radoSsA Ed ea ceites lubyr liocsGa rnatdeosds e ViscosidaLdaS AIES O.
utilaihzoar ealv iscómedterv oi drciaop ilcaarl ibrcaodmoo n ormae,nl ugadre l
viscómedterS oa ybolt.
• Ene lc apít3u sleoi ncluyneune vafso togradfeíi anss trumednetm oesd icidóen
presidóins ponicbolmeesr cialmente.
Ell ibro, iunncalv ueyres idóenf ormagtroa nddee ld iagradmeaM oody plaorsa
•
factodreef sr iccilóocn u,a ple rmiatlel ecttoern eral sou l ados obrlea m esa
cuandroe suelpvrao blemas.
Elc apítulcoo ntieunnep lanteamiceonmtpol etamente nueelvc oá lcpualroa
• 9
del osf actorefsr idcecp iaórnea l fl ujode f luidosc onednu ctyo tsu bobsa,s ado
ene lt rabadjeoS wameey Jainq,u ep ermihtaec eurn c álcudlior ecyt eon u n
solpoa so.
• Elm étoddoe H azeWn-illiapmasr a el adneálfl liusjdioes a guae nc onductos,
ques ev olvmiuóy popuelnae rlc ampod e la ingecniivieylr a ímab ientsael ,
inclueyne ecla pít9ul.o
• Losd atocso rrespondai peénrtdeisdm aesn ores cdaeplí tu1l soOe e nriquecieron
conn uevian formacaidóanp,t addeal aú ltimvae rsidóenlA nículToé cnico
410
del aC ranCeo mpanyy del osC ameroHny drauDlaitca( DatoHsi dráulicos
Camerond)el aI ngersoii-LRoasn dc.o eficdieep nétredsim dían imsae repre­
sentaahno rcao nK enl ugadre
Ce
Ela nálidseip sr oblemdaels í nedaest ubereínsa e ridee lc apítulsoe m odifi­
• 11
cóc onc rítiaclda iss eñdoes istemya cso nl ai nclusdieóf na ctodreef sr icción
calculaednol so ps roblemcaosr respondai Celnatsees1ys III.
Lar esoludcieó nlp orso blemdaefs l ujeonps a ralqeuleoa pareceenn cealp ít1u2lo.
•
fuer eplantheaacdiae nudsoo a.h ordae,l ofsa ctodreefr si ccicóanl culados.
• Elc apítuloM edicideofl nuejsion .cl uayheo ruan a nálidseir sa piddeez
14,
flujo mdaes ay varifaost ogranfuíeavsa s.
Ene lc apítu1l5so e a ñadielraocsnu rvadsed esempedñeos einsu evabso mbas
•
centrífluogc ausa:l cuubnraae m plivaa rieddaecd a pacidandoersm alye csa pa­
cidaddeesc abeztao talye pse.r miatlie n struccrteoaurrn c onjunto virtualmenti!
ilimitdaedt oa resaosb rsee leccyi aópnl icacdiebó on mbas.
• Sea ctualilzoadsr aotno cso ncernieanl toecssoe ficiedneta ersr asdterclea pit1u7l.o
• Elc apítu1l8od e l at erceerdai cisóend ivideinód osc apítulqouse.d anedol
análidseiv se ntiladyo croemsp resorye esla, n álidseilsfl ujod eg aseesn e l
capítu1l8oy. e ld iseñyo a nálidseic so nducteones l n uevcoa pítu1l9o.
Varidaesl ast ablqause s es eñalcaonm oA péndisceem odificatrootna lmente.
•
Losd atocso rrcspondail eandsti lm!esn siodnece osn ductyo tsu boesn u nidades
SIy delS isteBmrai tándiecU on idadseesi ntegraernol na smi smatsa blaSse.
añadielroonsd atopsa rat ubos de dhúicetriqrluo.e s eu tiliaz maenn udoen
sistemdaest ranspodreat geu aT.a mbiésnei ncluuynea t ablcao nl asár eas de
losc írculLoast .a bldaep ropiedatdíepsi cdaeas c eitleusb ricasnetm eosd ificó
completameLnotsed .a tocso rrespondai elnatspe rso piedaddeel saa tmóskra
ahorcao ntietnaennt uon id:tdSeIsc omol asd elS istemBari tánicsoek. h:1
y
agregaudnoan uevgar áfiscoab rlea" ariaciólnap resiyó lnat empcrJtcuornJ
di!
respecat loaa ltitud.
Prefacio
X
11
Reconocimientos
Me gustaargíraa deac teord olso sq uem e �yudaron i arn enl ae scritudrea
y anm o
estlei brion,c luyean ldeoc todreel sa t erceerdai cióan losd iferenrteevsi sores
y
quem e proporcionsaurgoenr encdieatsa llaJdoahsn:F letchHeurd.s onV alley
CommuniCtoyl lePgeeg;g Ry. G eieLra,w renTceec hnologUinciavlc rsMiatuyh;e w
KovacB,u tleCro untCyo mmunity Col�lheogmea;sJ . LepoHracr,t foSrtda te
TechniCcoalll egPea;u Rli ckeuNse,w MexicSot atUen iversDiatvyi:d UnJg.e r;
StevWee llsO,l dD ominion Univye rDsointaylL;d. Y oungC.a liforSntiaat e
PolytecUhnniivce rsUint eys.p ecaigarla decimaim einstc oo legJaess se WiHl.d er.
DaviHd. M yszkya J osepAh.U ntendeerl aU niversiddeDa ady toqnu,i enuetsi li­
zarolnat ercera eddeie csitlóein b reon clase mvueccheyas ms e hanh echúot iles
sugerencRioabse.rL t. W olfft,a mbiédnel aU niversiddeaD da ytohn,as iddoe
muchaa yudean l aa sesosroíbar eu seold els istemad euS nIi dadbeass,a deon su
largeax perieenncm ieat ricación paral a Educación
en Sloac ieAdmaedr icana en
Ingenie(rAímae ricSaonc ieftoyrE ngineerEidnugc atioTna)m.b iésno n daep re­
cialro sc omentariolso se sdteu diaqnuteeh sa n utilizlaidbory oa,eq lu eé sthea
sideos criptaor eal los.
RoberLt. Mou
11 11 11 11 Contenido
1
V
CAPTÍULO
1
NATUR.\LEDZEAL OSF LUIDOS
1
1.1 Objetidveolsl ibro
1.2 Objetidveolcs a pítulo2
1.3 Diferenecnitarl eí quidogsa ses
y 2
1.4 Fuerzya masa
3
1.5 SisteImnat ernacdieoU nnaild ad(eSsI ) 3
1.6 SisteBmrai tándiecU on idades 5
1.7 Unidadceosn sisteennut nease cuación6
1.8 Definicdieóp nr esión9
1.9 Compresibilidad
11
1.10D ensidapde.se os pecíyfi cgor avedeasdp ecífica
12
Referencia1s7
Problemdaesp ráctica1 8
Tareadsep rogramaceincó onm putadora
22
CAPÍTU2L O
VISCOSIDDEAL DO SF LUIDOS
23
Objetivos
2.1 23
Viscosiddiandá mica
2.2 23
Viscosicdiande málica
2.3 25
Fluidos newtonnoin acnwotso nianos
2.4 y 26
Variacdieó n lvai scosicdoanld a temperatura
2.5 27
Medicidóenl av iscosidad
2.6 29
SAE 35
2.7 Graddoesv iscosidad
2.8 Gradodse viscoIsSiOd ad3 8
Referencia3s9
Problemdaeps r áctica4 0
Tareaé.!esp rogramaceincó onm putadora
41
CAPTÍULO
3
1\IEDICDIEÓP �R ESIÓ:'Il
3.1 Objtio
e v s
3.2 Presiaóbns olutma:1 nom�trica4 3
y
3.3 Rda(ióenn trper esiócnl e,ac10n
y �6
,.