MECÁNICA DE FLUIDOS

1. MECÁNICA DE FLUIDOS Elaboró: Yovany Londoño

2. ¿QUE SE DEBE ENTENDER POR “OBJETO” O “CUERPO”? Elaboró: Yovany Londoño

3. Mecánica de Fluidos 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. Elaboró: Yovany Londoño

4. Mecánica de Fluidos Es una parte de una disciplina más amplia llamada mecánica de medios continuos, que incluye también el estudio de sólidos sometidos a esfuerzos. Elaboró: Yovany Londoño

5. 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. Elaboró: Yovany Londoño

6. Caracterización de Fluidos • 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. Elaboró: Yovany Londoño

7. DISPOSICION DE LAS MOLECULAS Elaboró: Yovany Londoño

8. Clasificación de los fluidos Fluidos Newtonianos Un 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 Newtonianos Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no Newtonianos.

9. FLUIDO • 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 Elaboró: Yovany Londoño

10. FLUIDO • 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. Elaboró: Yovany Londoño

11. FLUIDO 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. Elaboró: Yovany Londoño

12. DIFERENCIA ENTRE UN FLUIDO Y UN SOLIDO Elaboró: Yovany Londoño

13. Elaboró: Yovany Londoño

14. Mecánica de fluidos • Hidrostática: estudia los fluidos en reposo • Hidrodinámica: estudia los fluidos en movimiento Elaboró: Yovany Londoño

15. Elaboró: Yovany Londoño

16. Propiedades de los fluidos • Estabilidad • Turbulencia • Densidad • Gravedad especifica • Peso específico • Densidad relativa • Viscosidad • Tensión Superficial: Capilaridad • Presión Elaboró: Yovany Londoño

17. ESTABILIDAD.. 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. Elaboró: Yovany Londoño

18. TURBULENCIA.. • 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. Elaboró: Yovany Londoño

19. DENSIDAD • 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 r = m / v Elaboró: Yovany Londoño

20. Densidades de algunas substancias (kg/m3) Elaboró: Yovany Londoño

21. GRAVEDAD ESPECÍFICA.. • 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. Elaboró: Yovany Londoño

22. PESO ESPECÍFICO.. Elaboró: Yovany Londoño

23. VISCOSIDAD.. 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. Elaboró: Yovany Londoño

24. Tensión superficial 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, Elaboró: Yovany Londoño

25. Algunos ejemplos http://www-math.mit.edu/~dhu/Climberweb/climberweb.htm Elaboró: Yovany Londoño

26. CAPILARIDAD.. • 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. Elaboró: Yovany Londoño

27. 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. Elaboró: Yovany Londoño

28. PRESIÓN DE UN FLUÍDO • 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). • 1 Pa =1 N/m2 • Otras unidades de presión: • 1 atm = 1,013 x 105 Pa • 1 atm = 760 torr • 1 mm de Hg = 1 torr • 1 libra /pulgada2 (psi) = 6,90 x 103 Pa • 1 bar = 105 Pa Elaboró: Yovany Londoño

29. PRESIÓN DE UN FLUÍDO • 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. Elaboró: Yovany Londoño

30. Ejercicios • 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. • 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 = 7,8103 kg/m3. • Solución: • No necesita un carrito. Elaboró: Yovany Londoño

31. Presión solo del liquido (hidrostática) presión absoluta o total Presión atmosférica Presión en un fluido • 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 Elaboró: Yovany Londoño

32. 1 2 3 4 Presión absoluta y manométrica • 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 • 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. Elaboró: Yovany Londoño

33. Determinación de la línea de nivel Cuando se quiere obtener un punto que esté a la misma que otro se recurre al principio de los vasos comunicantes. Elaboró: Yovany Londoño

34. Ejercicio • ¿Por qué se coloca en alto las bolsas de suero? ¿la altura depende de la edad del paciente? • ¿Cómo funciona el bebedero para aves? Elaboró: Yovany Londoño

35. Ejercicio • 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? Elaboró: Yovany Londoño

36. Presión atmosférica • 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 Elaboró: Yovany Londoño

37. La presión atmosférica • 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. Elaboró: Yovany Londoño

38. INSTRUMENTOS DE MEDICCION DE LA PRESION • Para medir presión: • barómetro • manómetro • tubo de Pitot ,utilizado para determinar la velocidad Elaboró: Yovany Londoño

39. EL BAROMETRO 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. Elaboró: Yovany Londoño

40. manometro De tubo en U De Bourdon 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. Elaboró: Yovany Londoño

41. MANOMETRO DE RAMA ABIERTA • 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. p=p0+ρgh Elaboró: Yovany Londoño