HIDROSTÁTICA

Especialidad: Ing. Química. Semestre: 3° ero. Equipo: 1 Horario: Lunes a Viernes, de 12:00 a 1:00 PM.

Integrantes:

Miranda Trejo Estefany Guadalupe 11071156Neri Moreno Grecia Marina 11071216Sánchez Murillo Fabiola Estefanía 11071674Solís Calderón Karla 11071416 Tapia Martínez Jeniffer 11071415

Unidad 1 1.1 Hidrostática.

1.1.1 Fluidos. Conceptos. Propiedades.

1.1.2 Ecuación de Equilibrio.1.1.3 Principio de Pascal.1.1.4 Principio de Arquímedes.

Equilibrio de Cuerpos Flotantes

La hidrostática es la mecánica de fluidos que estudia los líquidos y los gases sin movimiento.

1.1 HIDROSTÁTICA

Cuando un cuerpo se encuentra en el interior de un fluido (sea este líquido o gas) experimenta fuerzas en toda su superficie, estas fuerzas son siempre perpendiculares a la superficie del cuerpo. Como sobre el cuerpo sumergido actúa una fuerza por superficie entonces está actuando una presión.

PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA

La diferencia de presión entre dos puntos de un mismo líquido es igual al producto del peso específico del líquido por la diferencia de niveles.

P2 - P1 = . (h2 - h1) (10)Donde:

• P2, P1: presión hidrostática en los puntos 2 y 1 respectivamente, N/m2

• h2,h1: profundidad a la que se encuentran los puntos 2 y 1 respectivamente.

• m: peso específico del fluido, N/m3

PRESIÓN HIDROSTÁTICA

La presión en el interior de un fluido se denomina presión hidrostática y depende de la densidad del fluido y de la profundidad a la que estemos, esto se conoce como principio fundamental de la hidrostática.

Donde:

• d: densidad del fluido (en kg/m3)• g: aceleración de la gravedad (m/s2)

• h: distancia del punto a la superficie (m)

Esta expresión es muy importante pues permite calcular la presión dentro de un fluido si sabemos la densidad de éste (d) y la profundidad (h), la profundidad debe ir en unidades del Sistema Internacional, es decir, en metros y la densidad debe ir obligatoriamente en kg/m3.

Es frecuente que te den la densidad en otras unidades típicas como g/mL, g/L, g/cm3 en estos casos antes de nada debes pasarla a kg/m3, la presión se obtendrá, por tanto, en unidades del S. I. (Pascales).

Un fluido es cualquier cosa que pueda derramarse si no está en un recipiente (a menos que sea lo suficientemente grande como para mantenerse unido por la gravedad, al igual que una estrella). Si lo puedes revolver con una cuchara, o absorber con una pajita, entonces es un fluido.

¿QUÉ ES UN FLUIDO?

Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento. Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido.

PROPIEDADES

Propiedades primarias o termodinámicas:

Presión Densidad Temperatura Energía interna Entalpía Entropía Calores específicos Viscosidad

Propiedades secundarias:

Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.

Viscosidad Conductividad térmica Tensión superficial Compresión

La densidad es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo.

Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico.

DENSIDAD

La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie.

 En el Sistema Internacional de unidad (S. I.) la presión se

mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de Newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.

PRESIÓN

La estática de los líquidos estudia el equilibrio de gases y líquidos. A partir de los conceptos de densidad y de presión se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática de la cual el Principio de Pascal y el de Arquímedes, pueden considerarse consecuencias.

ESTÁTICA DE LÍQUIDOS

Los fluidos ocupan un volumen constante, el metro cúbico es la unidad de medición también se puede usar el Litro.

Algunos fluidos, como la miel y la glicerina presentan cierta resistencia a escurrir, a esta característica se le llama viscosidad, y ocurre por fricción o rozamiento interno de las moléculas del fluido.

La presión atmosférica provoca desplazamientos de los fluidos y cambio en su forma.

DIFERENCIAS

LIQUIDOS GASES

Las fuerzas de cohesión de un líquido son débilesSon nulas

Moléculas se mueven en zigzag Moléculas se mueven en zigzag

Líquidos adoptan la forma del recipiente que las contiene

Adoptan la forma del recipiente que los adopta, pero se expanden si no están en un recipiente

El volumen de los gases es muy variable ya que presentan la propiedad de la Compresibilidad ya que es la propiedad que tiene la materia de reducir su volumen cuando se ejerce presión sobre ella mediante la aplicación de una fuerza.

Robert Boyle estudio la comprensibilidad del aire y descubrió la ley que rige la relación entre la presión y el volumen.

Cuando la temperatura se mantiene constante, para una masa dada de gas, el volumen del gas varía de manera inversamente proporcional a la presión absoluta que recibe.

PV = constante, ó, (P1)(V1) = (P2)(V2)

En las leyes de los gases, la de Boyle, la de Charles y la Gay-Lussac, la masa del gas es fija y una de las tres variables, la temperatura, presión o el volumen, también es constante. Utilizando una nueva ecuación, no solo podemos variar la masa, sino también la temperatura, la presión y el volumen.

La ecuación es PV=nRT. De esta ecuación se despejan las siguientes incógnitas.-

• Volumen. Es la cantidad de espacio que tiene un recipiente. Medidos en Litros o en algunos de sus derivados. • Temperatura. Es la medida de calor que presenta

un elemento. Es medida en ºK • Presión Fuerza. Ejercida en el contenido de un

recipiente, al recipiente.

Los gases tienen 3 propiedades características:

•Son fáciles de comprimir (compresibilidad) .•Se expanden hasta llenar el contenedor (expansibilidad).•Ocupan mas espacio que los sólidos o líquidos que los conforman.

PROPIEDADES

EJEMPLO:CALCULAR EL VOLUMEN DE 5.5 G DE ÓXIDO NITROSO N2O EN CONDICIONES NORMALES

1.1.2 ECUACIÓN DE EQUILIBRIO

Al estar el fluido en reposo la única fuerza superficial a la que está sometido es la debida a la presión, ya que no soporta fuerzas cortantes.

Cada fuerza de presión es entonces el producto de tres factores:

• La magnitud de la presión (ecuación anterior) • El área de la cara donde actúa la fuerza (para las caras izquierda y derecha será dxdz) • El vector unitario correspondiente (para las caras izquierda j y derecha –j)

Como se trata de una ecuación vectorial, esta se puede expresar en termino de sus componentes:

Si se escoge un sistema de coordenadas tal que la dirección de la gravedad coincida con uno de los ejes (z por ejemplo) entonces tendremos que:

Obtenemos así la ecuación fundamental de la hidrostática:

Esta ecuación es válida bajo las condiciones siguientes:

1. Fluido en reposo. 2. La única fuerza volumétrica es la gravedad. 3. Eje z vertical hacia arriba.

1.1.3 PRINCIPIO DE PASCAL

En física, el Principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase:

“La presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro

de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y

en todos los puntos del fluido.”

También podemos ver aplicaciones del Principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos y en los frenos hidráulicos.

El Principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

1. Se llena de agua un matraz de dos bocas.2. Se tapan las bocas con los tapones A y B.3. Se aplica una fuerza en el tapón A

golpeando con un martillo.

Se observa que el tapón B salta hacia fuera porque la presión ha sido transmitida por el líquido.

COMPROBANDO EL PRINCIPIO DE PASCAL

PRENSA HIDRÁULICA

Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos. Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores.

El Principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que:

“Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual

al peso del volumen del fluido que desaloja”.

Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en Newtons (en el SIU). El principio de Arquímedes se formula así:

1.1.4 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

E = ρgV =mg

Donde.-

• E:empuje • ρ: densidad • m: masa • g: aceleración de la gravedad • V: volumen del liquido desplazado 

El empuje (en condiciones normales y descrito de modo simplificado) actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena.

Gracias por su

apreciable atención