Elimay Paz Mec Fluidos

8/16/2019 Elimay Paz Mec Fluidos

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓNSUPERIOR

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO SANTIAGOMARIÑO

IUPSM-MARACAIBO

ASIGNATURA: MECÁNICA DE LOS FLUIDOS

ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

“ A la luz de la verdad y del tiempo, nada se esconde; el merito brilla y lamaldad se descubre ”

Simón Bolívar

Realizado Por:

Elimay C.I.V: 19.408.653

Escuela de Ingeniería de Petróleo

Sección: S

Maracaibo, 19 de Mayo del 2016


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INFORME CRITICO

La mecánica de fluidos es la rama de la física que se encarga de estudiar el

movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que losprovocan, aplicando los principios fundamentales de la mecánica general.

Por otra parte la mecánica de los fluidos también se encarga del estudio delas interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita y su hipótesisfundamental en la que se basa es la hipótesis del medio continuo que esaquella que considera que el fluido es continuo a lo largo del espacio queocupa, ignorando por tanto su estructura molecular y las discontinuidadesasociadas a esta.

Sin lugar a dudas, el conocimiento y el entendimiento de los principios yconceptos básicos de la mecánica de fluidos son de gran importancia para elanálisis y el diseño de cualquier sistema en el cual un fluido sea el medio detrabajo. Es decir el diseño de prácticamente todos los medios de transporterequiere la aplicación de esos principios, el diseño de toda clase deturbomáquinas incluyendo las bombas, los ventiladores, los sopladores, losturbocompresores y las turbinas requieren un conocimiento de los principiosbásicos de la Mecánica de Fluidos.

De manera general la mecánica de los fluidos se subdivide en tres ramasprincipales para encargase del estudios de los fenómenos que ocurren conestos denominados fluidos; entendiéndose como fluidos es todo cuerpo que

tiene la propiedad de fluir, y carece de rigidez y elasticidad, y en consecuenciacede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma yadoptando así la forma del recipiente que lo contiene. Los fluidos puedenser líquidos o gases según la diferente intensidad de las fuerzas de cohesiónexistentes entre sus moléculas. Estas subdivisiones son las siguientes:

Dinámica de los fluidos o hidrodinámica : que se encarga de estudiar

los fluidos en movimiento y es una de las ramas más complejas de lamecánica. Aunque cada gota de fluido cumple con las leyes del

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movimiento de Newton las ecuaciones que describen el movimiento delfluido pueden ser extremadamente complejas. En muchos casosprácticos, sin embargo el comportamiento del fluido se puederepresentar por modelos ideales sencillos que permiten un análisisdetallado.

Cinemática de los fluidos: Es el estudio de la mecánica de los fluidos

que trata de las velocidades y las líneas de corriente sin considerarfuerzas y energías.

La hidrostática o estática de los fluidos : estudia

el equilibriode gases y líquidos. A partir de los conceptos de densidad yde presión se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática, de lacual el principio de Pascal y el de Arquímedes pueden considerarseconsecuencias. El hecho de que los gases, a diferencia de los líquidos,puedan comprimirse hace que el estudio de ambos tipos de fluidostengan algunas características diferentes. En la atmósfera se dan losfenómenos de presión y de empuje que pueden ser estudiados de

acuerdo con los principiosde la estática de gases.

La hidrostática o estática de los fluidos estudia el equilibriode gases ylíquidos. A partir de los conceptos de densidad y de presión se obtiene laecuación fundamental de la hidrostática, de la cual el principio de Pascal y elde Arquímedes pueden considerarse consecuencias. El hecho de que los

gases, a diferencia de los líquidos, puedan comprimirse hace que el estudio deambos tipos de fluidos tengan algunas características diferentes. Enla atmósfera se dan los fenómenos de presión y de empuje que pueden serestudiados de acuerdo con los principiosde la estática de gases.

El estudio de los fluidos en equilibrio constituye el objeto de la estática defluidos, una parte de la física que comprende la hidrostática o estudio de los

líquidos en equilibrio, y la aerostática o estudio de los gases en equilibrio y enparticular del aire.

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En tal sentido debemos mencionar que los fluidos presentan ciertaspropiedades que son de gran importancia a la hora de estudiar la estática o

hidrostática de los fluidos y estas se mencionan a continuación:

DENSIDAD

Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Se utiliza laletra griega ρ [Rho] para designarla. La densidad quiere decir que entre másmasa tenga un cuerpo en un mismo volumen, mayor será su densidad.

ρ = masa/volume nLa unidad de densidad en el S.I. es el kg/m3.

Los gases son muchos menos densos que los líquidos. Se puede variar ladensidad de un gas modificando la presión o la temperatura en el interior delrecipiente que lo contiene.

Los líquidos solo alteran ligeramente su densidad con los cambios detemperatura. La diferencia de densidad entre los líquidos puede impedir que semezclen homogéneamente, flotando uno sobre el otro, como ocurre con elaceite y el agua.

Los cuerpos difieren por lo general en su masa y en su volumen. Estos dosatributos físicos varían de un cuerpo a otro, de modo que si consideramos

cuerpos de la misma naturaleza, cuanto mayor es el volumen, mayor es lamasa del cuerpo considerado. No obstante, existe algo característico del tipode materia que compone al cuerpo en cuestión y que explica el porqué doscuerpos de sustancias diferentes que ocupan el mismo volumen no tienen lamisma masa o viceversa.

La densidad de una sustancia es la masa que corresponde a un volumen

unidad de dicha sustancia. Su unidad en el SI es el cociente entre la unidad demasa y la del volumen, es decir kg/m3.

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Cabe destacar que la determinación de densidades de líquidos tieneimportancia no sólo en la física, sino también en el mundo del comercio y dela industria. Por el hecho de ser la densidad una propiedad característica (cadasustancia tiene una densidad diferente) su valorpuede emplearse para efectuaruna primera comprobación del grado de pureza de una sustancia líquida.

A diferencia de la masa o el volumen, que dependen de cada objeto, sucociente depende solamente del tipo de material de que está constituido y node la forma ni del tamaño de aquél. Se dice por ello que la densidad esuna propiedad o atributo característico de cada sustancia. En los sólidos ladensidad es aproximadamente constante, pero en los líquidos, yparticularmente en los gases, varía con las condiciones de medida. Así en elcaso de los líquidos se suele especificar la temperatura a la que se refiereel valordado para la densidad y en el caso de los gases se ha de indicar, juntocon dicho valor, la presión.

Peso especifico La densidad está relacionada con el grado de acumulación de materia (un

cuerpo compacto es, por lo general, más denso que otro más disperso), perotambién lo está con el peso. Así, un cuerpo pequeño que es mucho máspesado que otro más grande es también mucho más denso. Esto es debido ala relación P = m · g existente entre masa y peso. No obstante, para referirseal peso por unidad de volumen la física ha introducido el concepto de peso

específico pe que se define como el cociente entre el peso P de un cuerpo y suvolumen

El peso específico representa la fuerza con que la Tierra atrae a un volumenunidad de la misma sustancia considerada. La relación entre peso específicoy densidad es la misma que la existente entre peso y masa.

En efecto: siendo g la aceleración de la gravedad.La unidad del peso específico en el SI es el N/m3.

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Densidad relativaLa densidad relativa de una sustancia es el cociente entre su densidad y la

de otra sustancia diferente que se toma como referencia o patrón:

Para sustancias líquidas se suele tomar como sustancia patrón el agua cuyadensidad a 4 ºC es igual a 1000 kg/m3. Para gases la sustancia de referenciala constituye con frecuencia el aire que a 0 ºC de temperatura y 1 atm depresión tiene una densidad de 1,293 kg/m3. Como toda magnitud relativa, quese obtiene como cociente entre dos magnitudes iguales, la densidad relativacarece de unidades físicas.

La Presión

Cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo deformable, los efectos queprovoca dependen no sólo de su intensidad, sino también de cómo estérepartida sobre la superficie del cuerpo. Así, un golpe de martillo sobre un clavobien afilado hace que penetre mas en la pared de lo que lo haría otro clavo sinpunta que recibiera el mismo impacto. Un individuosituado de puntillas sobreuna capa de nieve blanda se hunde, en tanto que otro de igual peso que calceraquetas, al repartir la fuerza sobre una mayor superficie, puede caminar sindificultad.

El cociente entre la intensidad F de la fuerza aplicada perpendicularmentesobre una superficie dada y el área S de dicha superficie se denomina presión: La presión representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cadaunidad de área de la superficie considerada. Cuanto mayor sea la fuerza queactúa sobre una superficie dada, mayor será la presión, y cuanto menor sea lasuperficie para una fuerza dada, mayor será entonces la presión resultante.

La presión en los fluidos

Elconcepto de presión es muy general y por ello puede emplearse siempreque exista una fuerza actuando sobre una superficie. Sin embargo,su empleo resulta especialmente útil cuando el cuerpo o sistema sobre el quese ejercen las fuerzas es deformable. Los fluidos no tienen forma propia y

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constituyen el principal ejemplo de aquellos casos en los que es más adecuadoutilizar el concepto de presión que el de fuerza.

Cuando un fluido está contenido en un recipiente, ejerce una fuerza sobresus paredes y, por tanto, puede hablarse también de presión. Si el fluido estáen equilibrio las fuerzas sobre las paredes son perpendiculares a cada porciónde superficie del recipiente, ya que de no serlo existirían componentesparalelas que provocarían el desplazamiento de la masa de fluido en contra dela hipótesis de equilibrio. La orientación de la superficie determinala dirección de la fuerza de presión, por lo que el cociente de ambas, que esprecisamente la presión, resulta independiente de la dirección; se trataentonces de una magnitud escalar.

En tal sentido debemos mencionar que Todos los líquidos pesan, por ellocuando están contenidos en un recipiente las capas superiores oprimen a lasinferiores, generándose una presión debida al peso. La presión en un puntodeterminado del líquido deberá depender entonces de la altura de la columnade líquido que tenga por encima suyo.

Considérese un punto cualquiera del líquido que diste una altura h de lasuperficie libre de dicho líquido. La fuerza del peso debido a una columnacilíndrica de líquido de base S situada sobre él puede expresarse en la forma

Fpeso = mg = · V · g = · g · h · S

siendo V el volumen de la columna y la densidad del líquido. Luego la presióndebida al peso vendrá dada por:

la presión en un puntoLa definición de la presión como cociente entre la fuerza y la superficie serefiere a una fuerza constante que actúa perpendicularmente sobre unasuperficie plana. En los líquidos en equilibrio las fuerzas asociadas a la presiónson en cada punto perpendiculares a la superficie del recipiente, de ahí que lapresión sea considerada como una magnitud escalar cociente de dosmagnitudes vectoriales de igual dirección: la fuerza y el vector superficie. Dichovector tiene por módulo el área y por dirección la perpendicular a la superficie.

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Además se debe mencionar que existen principios por lo cual se rige lahidrostática y estos son :

- PRINCIPIO DE PASCAL

Establece que la presión aplicada en un punto de un líquido contenido en unrecipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.Este enunciado, obtenido a partir de observaciones y experimentos por el físicoy matemático francés Blas Pascal (1623-1662), se conoce como principio dePascal.

El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de laecuación fundamental de la hidrostática y del carácter incompresible de loslíquidos. En esta clase de fluidos la densidad es constante, de modo que deacuerdo con la ecuación p = po + · g · h si se aumenta la presión en lasuperficie libre, por ejemplo, la presión en el fondo ha de aumentar en la mismamedida, ya que · g · h no varía al no hacerlo h.

La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio dePascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado.Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre

sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puedeser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan,respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén encontacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección S1 se ejerceuna fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con él setransmite íntegramente y de forma instantánea a todo el resto del líquido; portanto, será igual a la presión p2 que ejerce el líquido sobre el émbolo de mayor

sección S2, es decir:p1 = p2

con lo que:y por tanto:

Si la sección S2 es veinte veces mayor que la S1, la fuerza F1 aplicadasobre el émbolo pequeño se ve multiplicada por veinte en el émbolo grande.La prensa hidráulica es una máquina simple semejante a la palanca de

Arquímedes, que permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el

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fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otros dispositivoshidráulicos de maquinaria industrial.

- PRINCIPIO DE VASOS COMUNICANTES:

Si se tienen dos recipientes comunicados y se vierte un líquido en uno deellos en éste se distribuirá entre ambos de tal modo que, independientementede sus capacidades, el nivel de líquido en uno y otro recipiente sea el mismo.

Éste es el llamado principio de los vasos comunicantes, que es unaconsecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática.Si se toman dos puntos A y B situados en el mismo nivel, sus presioneshidrostáticas han de ser las mismas, es decir: luego si pA = pB necesariamentelas alturas hA y hB de las respectivas superficies libres han de ser idénticas hA= hB.

Si se emplean dos líquidos de diferentes densidades y no miscibles, entonceslas alturas serán inversamente proporcionales a las respectivas densidades. Enefecto, si pA = pB, se tendrá:Esta ecuación permite, a partir de la medida de las alturas, la determinaciónexperimental de la densidad relativa de un líquido respecto de otro y constituye,por tanto, un modo de medir densidades de líquidos no miscibles si la de unode ellos es conocida.


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EJERCICIOS

1. Una probeta de 80 cm de altura esta llena: a) De aceite, b) de agua y

c) de mercurio. Calcular la presión hidrostática en el fondo y lafuerza sobre el mismo si la probeta tiene un radio interior de 1,5 cm( densidad del aceite: 0,91x10 3 kg/m3).

Solución:

2. El colchón de una cama de agua mide 2 m de largo por 2 m deancho y 30 cm de profundidad. A) Encuentre el peso del agua en elcolchón.

Para determinar el volumen del agua que llena el colchón

V = largo x ancho x profundidadV = 2 x 2 x 0,3 = 1,2 m3ρ = densidad del agua pura = 1x103 kg /m3

v = volumen del colchónm = masa del agua en el colchónm = ρ x v m = 1x103 kg /m3 x 1,2 m3m = 1,2 x103 kg

W = peso del agua en el colchón = m x g W = 1,2 x103 kg x 9,8 m / seg2W = 11,76 x103 Newton


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3. Cuál es la presión hidrostática a una profundidad de 1200 m bajo elagua?¿ Cuál es la fuerza ejercida sobre la superficie de 4 cm 2 situada a esa profundidad?

Solución Diagrama de Cuerpo Libre

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