estática de fluidos - continuación

MECNICA DE FLUIDOS

UNIDAD 1. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

UNIDAD 2. ESTTICA DE FLUIDOS

Ing. Yolanda Aceneth Jimnez Fuentes

Universidad del rea Andina

I-2015


Introduccin La mecnica de fluidos es el estudio del comportamiento de los fluidos, ya sea que estn en reposo (esttica de fluidos) o en movimiento (dinmicas de fluidos). Los fluidos afectan de muchas maneras la vida cotidiana de los seres humanos. Este curso de mecnica de fluidos le ayudar a entender cmo controlarlos, y as disear y analizar sistemas de fluidos para determinar la clase y tamao de los componentes que debe emplear. Como ejemplo tenemos los tanques de almacenamiento de fluidos, objetos flotantes, sistemas de distribucin de agua en los hogares, sistemas que distribuyen fluidos en procesos industriales, sistemas de potencia de fluidos y las diferentes partes de los sistemas de calefaccin, ventilacin y aire acondicionado.


Definicin: Fluido es una sustancia que cambia su forma continuamente siempre que est sometida a un esfuerzo cortante, sin importar que tan pequeo sea.

Esfuerzo cortante (): Es el valor lmite de la fuerza por unidad de rea.

Lquidos y gases: los fluidos pueden ser lquidos o gases

1. Los gases se comprimen con facilidad.

2. Los lquidos se comprimen muy poco.


UNIDADES

En cualquier trabajo tcnico deben establecerse las unidades en que se

miden las propiedades fsicas. Un sistema de unidades especifica las

unidades de las cantidades fundamentales de longitud, tiempo, fuerza y

masa. Las unidades de otros trminos se derivan de estas.

La referencia definitiva para el uso de las unidades mtricas en todo el

mundo son el Sistema Internacional y el Sistema Ingls.


VISCOSIDAD La viscosidad es la resistencia al esfuerzo cortante (fuerza que se requiere para que una unidad de rea de una sustancia se deslice sobre otra), un indicador de la viscosidad de un fluido es la facilidad con que fluye. Ley de viscosidad de Newton


El fluido en el rea fluye a la

nueva posicin abcd, cada una de las particulas de los

fluidos se mueve paralelamente a

la placa y la velocidad u vara

uniformemente desde cero en la

placa fija hasta U en la placa

superior. Los experimentos

demuestran, que manteniendo

otras cantidades constantes, F es

directamente proporcional a A y

U es inversamente proporcional

al espesor t. En forma de

ecuacin tenemos:


Densidad: Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una

sustancia Peso especfico: Es la cantidad de peso por unidad de volumen de una

sustancia. Cambia con la localizacin pues depende de la gravedad.


Gravedad especfica o Densidad Relativa: Es la relacin de la densidad

y el peso especfico de una sustancia y la densidad del agua a 4C Relacin entre la densidad y el peso especfico: Es muy frecuente que

el peso especfico de una sustancia deba encontrarse cuando se conoce

la su densidad y viceversa. La definicin de peso especfico y

multiplicando el numerador y denominador por g tenemos


Presin: Cantidad de fuerza que se ejerce sobre unidad de rea de una sustancia o sobre una superficie. La fuerza siempre es perpendicular al rea. Compresibilidad: Cambio de volumen que sufre una sustancia cuando se le sujeta a un cambio de presin. La cantidad usual que se emplea para medir ste fenmeno es el modulo volumtrico de elasticidad o mdulo volumtrico E (N/m2). Presin de vapor Tensin superficial


Introduccin a la Mecnica de Fluidos

http://www.youtube.com/watch?v=Ym4ve--kuLw

Prctica de laboratorio mecnica de fluidos

(Principios Mecnica de Fluidos).

http://www.youtube.com/watch?v=YkEXjy5W6cE

UNIDAD 2. ESTTICA DE LOS FLUIDOS

La esttica de fluidos se refiere al comportamiento de los mismos en reposo. As mismo, tenemos que la presin se define como la cantidad de fuerza que se ejerce sobre una unidad de rea de alguna sustancia (p = F/A), sus unidades en el sistema internacional son N/m2 (Pa) y en el sistema ingles son Lb/pie2

(psi). Principios importantes acerca de la presin La presin acta de modo uniforme en todas las direcciones de un volumen pequeo de fluido. En un fluido confinado por fronteras slidas, la presin acta de manera perpendicular a la pared.


Volumen pequeo del fluido por debajo de la superficie, fluido en reposo y equilibrio. Px = Py = Pz = 0 F cortantes = 0 Fuerzas perpendiculares La presin es una magnitud escalar (direccin) F gravedad = 0


Ecuacin bsica de la Esttica de fluidos. Restricciones Fluidos en equilibrio esttico La accin de la gravedad es la nica fuerza msica La presin en todos los puntos es igual. La presin no depende de la forma del recipiente. La presin aumenta con la profundidad La variacin de la presin se debe al peso especfico del fluido (xg)


P1 Presin del fluido en el fondo del cilindro P2 Presin del fluido en la parte superior del cilindro Z2-Z1 Diferencia del alturas entre la parte superior e inferior del fluido A rea en la parte superior e inferior del cilindro V Volumen del cilindro (Axh) w Peso del fluido dentro del cilindro (peso especfico del fluido por el volumen del cilindro, este peso acta hacia abajo a travs del centroide del volumen cilndrico. F1 Fuerza que acta sobre la parte inferior del cilindro F2 Fuerza que acta sobre la parte superior del cilindro.


UNIDADES Y ESCALA DE PRESIN Relacin entre la presin y la elevacin En un lquido homogneo en reposo el cambio de presin debido a un cambio en la elevacin se calcula por medio de p Cambio en la presin Peso especfico del lquido h Cambio en la elevacin, distancia vertical entre un nivel de referencia y un punto de inters (z) La ecuacin - lquido homogneo en reposo Los puntos en el mismo nivel horizontal tienen la misma presin el cambio en la presin es directamente proporcional al peso especfico del fluido La presin vara en forma lnea con el cambio en la elevacin o profundidad. Una disminucin de la elevacin ocasiona un incremento de la presin Un incremento en la elevacin provoca una disminucin de la presin.


Presin absoluta y manomtrica En ingeniera se mide la presin de dos formas: Refirindola a un nivel de presin nula (cero absoluto) en este caso se llama presin absoluta. Usando la presin atmosfrica como referencia, as, la presin que arroja la medicin del fluido es la presin manomtrica. P2>Patm (Impulsin) P1


CONCLUSIONES: Un vaco es la presin ms baja posible. Por tanto una presin absoluta (+) Una presin manomtrica superior a la presin atmosfrica siempre es positiva Una presin manomtrica inferior a la presin atmosfrica es negativa y en ocasiones se llama vaco. La magnitud de la presin atmosfrica vara con la ubicacin y las condiciones climticas


La presin atmosfrica local (condiciones normales) se mide mediante un barmetro de mercurio compuesto por un tubo de vidrio de 1m de largo cerrado en uno de sus extremos lleno de mercurio e invertido de tal forma que su extremo abierto se sumerge en mercurio, tiene una escala que determina la altura h. el espacio por encima del mercurio contiene vapor de mercurio. Nota: 1 atmsfera = 760 mm Hg = 101355 N/m2 = 10,34 mH20= 1,03Kg/cm2 = 14,7 lb/pulg2 o psi.


Nota: 1 atmsfera = 760 mm Hg = 101355 N/m2 = 10,34 mH20= 1,03Kg/cm2 = 14,7 lb/pulg2 o psi.


MANMETROS Son dispositivos medidores de la presin, el cual emplea la relacin entre un cambio en la presin y un cambio en la elevacin de un fluido.


Procedimiento para trabajar con manmetros

Empezar en un extremo y escribir la presin en ese punto en forma simblica (PA), si un extremo se encuentra abierto la presin es atmosfrica y se toma como la presin manomtrica cero.

Sume los trminos que representan los cambios en la presin (P). Para esto se procede desde el punto inicial e incluyendo cada columna de cada fluido por separado.

Cuando el movimiento de un punto a otro es hacia abajo, la presin se incrementa y se suma el valor de los cambios en la presin (P). A la inversa, cuando el movimiento de un punto al siguiente es hacia arriba, la presin disminuye y se resta (P).

Este proceso continua hasta que se alcanza el otro punto extremo. El resultado es una expresin para la presin en ese punto extremo. Iguale esta expresin con el smbolo para la presin en el

punto final, lo que da la ecuacin completa para el manmetro.

Resuelva la ecuacin en forma algebraica para la presin deseada en un punto dado o la diferencia de presin entre dos puntos de inters.

Introduzca los datos conocidos y despeje para la presin deseada.


Ejemplo: Un manmetro diferencial de vidrio de lquido mltiple se ha instalado entre las tuberas A y B, por la que circula agua. El fluido manomtrico que se encuentra en la parte inferior de los tubos en U del manmetro es mercurio (DR=13,6). El fluido manomtrico que est en la parte superior del manmetro es aceite (DR=0,8). Determine la diferencia de presin PA-PB.


Ejemplo: Calcular la presin en el punto A en kg/cm2, sabiendo que el manmetro del depsito B marca una presin de 10 atm.


FUERZA SOBRE REAS PLANAS

SUPERFICIES HORIZONTALES

La presin que acta sobre el rea puede reemplazarse por una fuerza. MAGNITUD DE LA FUERZA: F = PA P Presin sobre el rea (constante). A rea. LNEA DE ACCIN DE LA FUERZA: Centroide del rea DIRECCIN: Perpendicular a la superficie.



SUPERFICIES HORIZONTALES


SUPERFICIES INCLINADAS MAGNITUD DE LA FUERZA: PG Presin en el centro de gravedad. A rea. Peso especfico del fluido. Profundidad del centro de gravedad del rea. LNEA DE ACCIN DE LA FUERZA: Centro de presin. DIRECCIN: Perpendicular a la superficie.


SUPERFICIES INCLINADAS



Al aumentar la presin con la profundidad, la F aumenta, lo que hace

que el centro de aplicacin se desplace.



LNEA DE ACCIN DE LA FUERZA: Coordenadas del Centro de Presin: Xp y Yp Coordenadas del centro de presin. y Coordenadas del centroide del rea. A rea. x Momento de inercia centroidal en x. xy Producto de inercia centroidal (Es igual a cero si uno de los ejes centroidales es un eje de simetra)


MTODO DEL PRISMA DE PRESIN

Su aplicacin solo es prctica en reas rectangulares.

MAGNITUD DE LA FUERZA: Volumen del prisma.

A : Base menor. B: Base mayor. h: Altura.

b Ancho del prisma = Ancho del rea rectangular.

LNEA DE ACCIN DE LA FUERZA: Centroide del prisma.

Centroide del trapecio:

A>B

VOLUMEN DEL PRISMA

FUERZA DE FLOTACIN

MAGNITUD DE LA FUERZA: Verticalmente hacia arriba.

FB : Fuerza de empuje. FB = x V : Peso especfico del lquido. V : Volumen sumergido del cuerpo.

LNEA DE ACCIN DE LA FUERZA: Centroide del volumen del fluido desplazado

(Centro de flotacin)

estática de fluidos - continuación

Documents