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MECÁNICA DE FLUIDOS
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La Mecánica de los 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.
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Es una parte de una disciplina más amplia llamada mecánica de medios continuos, que incluye también el estudio de sólidos sometidos a esfuerzos.
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El conocimiento de los fluidos es esencial, no solamente para tratar con exactitud los problemas de movimiento de fluidos a través de tuberías, bombas y otros tipos de aparatos, sino también para el estudio del flujo de calor y de muchas operaciones de separación que dependen de la difusión y la transferencia de materia.
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Un fluido puede ser caracterizado de diferentes maneras:
◦ Espaciamiento molecular◦ Actividad molecular
En un fluido el espaciamiento entre moléculas es mayor que en un sólido, como también es mayor el rango de movimiento de las moléculas.
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DISPOSICION DE LAS MOLECULAS
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Fluidos NewtonianosUn fluido Newtoniano es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es directamente proporcional al esfuerzo aplicado.
Fluidos no NewtonianosLos fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no Newtonianos.
La materia ordinaria se presenta en alguno de los tres estados siguientes: sólido, líquido o gaseoso. Existe un cuarto estado de la materia denominado plasma que es esencialmente un gas ionizado con igual número de cargas positivas que negativas.
Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia, tiene una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas
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En el estado gaseoso, las moléculas están en continuo movimiento y la interacción entre ellas es muy débil. Las interacciones tienen lugar, cuando las moléculas chocan entre sí. Un gas se adapta al recipiente que lo contiene pero trata de ocupar todo el espacio disponible.
En este capítulo, se estudiarán los denominados fluidos ideales o perfectos, aquellos que se pueden desplazar sin que presenten resistencia alguna.
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Un fluido se define como una sustancia que se deforma de manera continua cuando actúa sobre ella un esfuerzo cortante de cualquier magnitud.
Una sustancia en la fase liquida o en la gaseosa se conoce como fluido.
El agua, aceite y aire fluyen cuando sobre ellos actúa un esfuerzo cortante.
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Hidrostática: estudia los fluidos en reposo
Hidrodinámica: estudia los fluidos en movimiento
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Estabilidad Turbulencia Densidad Gravedad especifica Peso específico Densidad relativa Viscosidad Tensión Superficial: Capilaridad Presión
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Se dice que el flujo es estable cuando sus partículas siguen una trayectoria uniforme, es decir, nunca se cruzan entre si. La velocidad en cualquier punto se mantiene constante en el tiempo.
Debido a la rapidez en el que se desplaza las moléculas el fluido se vuelve turbulento.
Un flujo irregular caracterizado por pequeñas regiones similares a torbellinos.
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Describe como están unidas los átomos que componen el fluido. Es decir, el grado de compactación que existe internamente.
La densidad de una sustancia se define como el cociente de su masa entre el volumen que ocupa.
La unidad de medida en el S.I. de Unidades es kg/m3, también se utiliza frecuentemente la unidad g/cm3
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m / v
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Aire 1,29 Aluminio 2 700
Helio 0,18 Cobre 8 920
Hidrógeno 0,09 Hierro 7 860
Agua dulce 1 000 Plomo 11 300
Hielo 917 Oro 19 300
Agua salada 1 030 Mercurio 13 600
Alcohol 806 Madera 373
Indica la densidad de un fluido respecto la densidad del agua a temperatura estándar.
La gravedad específica es adimensional, no tiene unidades debido a que resulta del cociente entre dos unidades de igual magnitud.
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En general la viscosidad es una propiedad de los fluidos que se refiere al grado de fricción interna. Se asocia con la resistencia que presentan dos capas adyacentes moviéndose dentro del fluido. Debido a la viscosidad parte de la energía cinética del fluido se convierte en energía interna.
Numerosas observaciones sugieren que la superficie actúa como una membrana estirada bajo tensión. Esta fuerza, que actúa paralela a la superficie, proviene de las fuerzas atractivas entre las moléculas. Este efecto se llama tensión superficial . Se define a la fuerza como:
F = L Donde L es la longitud de la superficie a través de la cual
actúa la fuerza y es el coeficiente de tensión superficial, que depende fuertemente de la temperatura y de la composición del líquido,
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http://www-math.mit.edu/~dhu/Climberweb/climberweb.htm
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Esta propiedad le permite a un fluido, avanzar a través de un canal delgado, siempre y cuando, las paredes de este canal estén lo suficientemente cerca.
EL LIQUIDO ESCAPA POR TODOS LOS ORIFICIOS
AGUA EJERCE PRESION SOBRE EL GLOBO
LOS FLUIDOS EJERCEN PRESION SOBRE TODAS LAS PAREDES DEL RECIPIENTE
QUE LO CONTIENE.05/08/2011Elaboró: Yovany Londoño 27
Se define presión como el cociente entre la componente normal de la fuerza sobre una superficie y el área de dicha superficie.
La unidad de medida recibe el nombre de Pascal (Pa).
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1 Pa =1 N/m2
Otras unidades de presión: 1 atm = 1,013 x 105 Pa1 atm = 760 torr1 mm de Hg = 1 torr1 libra /pulgada2 (psi) = 6,90 x 103 Pa1 bar = 105 Pa
La fuerza que ejerce un fluido en equilibrio sobre un cuerpo sumergido en cualquier punto es perpendicular a la superficie del cuerpo.
La presión es una magnitud escalar y es una característica del punto del fluido en equilibrio, que dependerá únicamente de sus coordenadas.
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En un trabajo de medio tiempo, un supervisor le pide traer del almacén una varilla cilíndrica de acero de 85,78 cm de longitud y 2,85 cm de diámetro. ¿Necesitará usted un carrito? (Para contestar calcule el peso de la varilla) Densidad del acero = 7,8103 kg/m3.
Solución:
No necesita un carrito.
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Imagine que compra una pieza rectangular de metal de 5,0 mm 15,0 mm 30,0 mm y masa de 0,0158 kg . El vendedor le dice que es de oro. Para verificarlo, usted calcula la densidad media de la pieza. ¿Qué valor obtiene? ¿Fue una estafa?
Solución:
Comparando con la tabla de densidades, no es oro.
W V g
W 41,9 N
6 3
3
m/ V 0,0158/ 2,25 10 kg/ m
7022 kg/ m
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o Un líquido en reposo con densidad uniforme y ubicado en una región con g constante.
Si determinamos el peso de la columna de fluido mostrada en la figura,
Si se toma en cuenta que la presión x área es igual a la fuerza,
P=P0+ g h
0p p gh
presión absoluta o total
Presión atmosférica
Presión solo del liquido (hidrostática)
F ghA
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La presión manométrica, es el exceso de presión más allá de la presión atmosférica.
La presión que se mide con relación con el vacío perfecto se conoce con el nombre de presión absoluta.
Pabsoluta = patmosférica + pmanométrica
Vasos comunicantes La presión en la parte superior
de cada columna de fluido es igual a p0 (presión atmosférica).
La presión sólo depende de la altura, pero no de la forma del recipiente.
1 2 3 4
Todos los puntos a una misma profundidad y mismo liquido se encuentran a la misma presión, sin importar la forma del recipiente:
p1= p2 = p3 = p4
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Cuando se quiere obtener un punto que esté a la misma que otro se recurre al principio de los vasos comunicantes.
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¿Cómo funciona el bebedero para aves?
¿Por qué se coloca en alto las bolsas de suero? ¿la altura depende de la edad del paciente?
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Un barril de roble cuya tapa tiene un área de 0,20 m2 se llena con agua. Un tubo largo y delgado, con área transversal de 5,0 x 10-5 m2 se inserta en el agujero en el centro de la tapa y se vierte agua por el tubo.
Cuando la altura alcanza los 12,0 m, la tapa del barril estalla.
¿Cuál es el peso del agua en el tubo?
¿Cuál es la fuerza neta del agua sobre la tapa del barril?
Es la presión debida al peso de la atmósfera.
Se ejerce sobre todos los cuerpos inmersos en ella.
Varía con la altura y con las condiciones climáticas.
En condiciones normales, su valor es de 1 atm
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Me subí en Bogotá al bus que me traería a Cartagena. Compré en la terminal de buses una botella de agua. Al llegar a Cartagena observé que la botella se había comprimido hasta tener la forma que se muestra en la foto.
¿Cuál fue la razón por la que se produjo este fenómeno?
Explique usando los términos precisos.
Para medir presión: barómetro manómetro tubo de Pitot ,utilizado para determinar
la velocidad
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Los barómetros estaban formados por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya parte superior está cerrada. El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la atmósfera.
Los primeros barómetros fueron realizados por el físico y matemático italiano EVANGELIST Torricellien el siglo XVII. 05/08/2011Elaboró: Yovany Londoño 39
Es un aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados.
Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los de gases.
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De tubo en U
De Bourdon
Como A y B están a la misma altura la presión en A y en B debe ser la misma.
Por una rama la presión en B es debida al gas encerrado en el recipiente.
Por la otra rama la presión en A es debida a la presión atmosférica más la presión debida a la diferencia de alturas del líquido manométrico.
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p=p0+ρgh