UNIVERSIDAD ESTATAL DE SONORA UNIDAD ACADEMICA HERMOSILLO

PROGRAMA EDUCATIVOINGENIERIA EN GEOCIENCIAS

PORTAFOLIO DE

EVIDENCIAS

MECANICA DE FLUIDOS

FACILITADORPATRICIA EUGENIA SORTILLON

ESTUDIANTEMICHELLE VAZQUEZ SALAZAR

13020070016

HERMOSILLO, SON. MAYO 2015

CONTENIDO

Semblanza personalIntroducciónSecuencia didácticaPrimer Elemento de CompetenciaSegundo Elemento de Competencia Tercer Elemento de Competencia AnexosConclusiónBibliografía

SEMBLANZA PERSONAL

Mi nombre es Michelle Vázquez Salazar, nací el 15 de Septiembre del 1994,

actualmente tengo 20 años Cursé la primaria en la

escuela Mons. Mariano Hurtado, la secundaria la hice

en el Instituto Icades, mi preparatoria fue en el Cobach

Reforma, aquí es mi etapa favorita de todas mis

preparaciones académicas donde adquirí las bases

para poder llegar hasta donde estoy. Actualmente

estoy cursando el 3er. semestre la carrera de

Ingeniería en Geociencias en la UES. Mi familia está

compuesta por mi mama Mónica Salazar, mi padre

Mario Vázquez y mi hermano Mario Esteban.

Lo que más me gusta hacer, es escuchar música,

me gusta casi de todo, aunque mi genero de

preferencia hasta el momento es la banda, también me

gusta mucho cocinar, mi especialidad son los postres,

esto lo saque de mi padre, porque de mi madre no, a ella no le gusta para nada la

cocina, me gusta hacer manualidades, esto si lo saque de mi madre, aunque no

soy tan perfeccionista como ella, esto me relaja mucho.

Escogí la Ingeniería en Geociencias, porque es una carrera en la que se

puede especializarse en 3 opciones, como son Geología, Minero y Metalurgista,

desde muy chica, me ha interesado todo sobre la Tierra y todo lo que se relaciona

con ella, primero quise estudiar la carrera de Geología, pero al momento de

indagar otras opciones, encontré en la UES el programa educativo que ofrecía la

institución, me llamo mucho la atención todo sobre la carrera, en el que se puede

abarcar otras áreas y lo cual se me hace más completa y que me gustaría terminar

ahora que soy ingresada a esta universidad.

En lo que he llevado en mi carrera, me ha gustado como lo esperaba, claro

es una carrera pesada pero sin duda una de las mejores que hay.

INTRODUCCIÓN

En el presente portafolio del curso “Mecánica de Fluidos”, se presentará los

temas vistos en clase, estos temas están establecidos en la secuencia didáctica

del curso, con el fin de obtener las herramientas necesarias para llevarla a cabo

en el campo laboral.

El portafolio consta de una semblanza personal, para que el facilitador pueda

conocer mejor al alumno; una introducción de este trabajo; la secuencia didáctica

que nos ayuda a tener un seguimiento con la clase y los temas que realmente

tenemos que abordar; el desarrollo, en este apartado se plasmarán los temas que

veremos en clases, ya sea investigaciones independientes, apuntes de clases,

etc.; una conclusión de lo que le pareció al alumno de la materia y la bibliografía,

donde se consultarón los temas.

Lo que yo espero de este curso aprender los conceptos y las aplicaciones

que se puede utilizar en el campo de trabajo, tal que los temas que se verán será

indispensable para saber el funcionamiento de ciertas maquinarias, ya que ciertas

de ellas utilizan algún fluido para operar.

SECUENCIA DIDÁCTICA

PRIMER ELEMENTO DE

COMPETENCIA

Sistema Internacional de Unidades

Este sistema de medidas se estableció en Francia con el fin de solventar los dos

grandes inconvenientes que presentaban las antiguas medidas:

1. Unidades con el mismo nombre variaban de una provincia a otra

2. Las subdivisiones de las diferentes medidas no eran decimales, lo cual

representaba grandes complicaciones para el cálculo.

Se trataba de crear un sistema simple y único de medidas que pudiese

reproducirse con exactitud en cualquier momento y en cualquier lugar, con medios

disponibles para cualquier persona.

Metro: Es la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el vacío en un lapso

de 1/299 792 458 segundos.

Masa: 1 kilogramos es la masa igual a la del prototipo internacional de un cilindro

de platino-iridio de diámetro y altura iguales (39 milímetros).

Tiempo: Es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente

a la transición entre 2 niveles del átomo del Cs133

Temperatura: Es la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto

triple del agua.

Cantidad de sustancia: Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades

elementales como existen átomos .012 kilogramos de C12.

Intensidad luminosa: Es la intensidad en una dirección dada de una fuente que

emite radiación monocromática de frecuencia 540x1012 Hertz y cuya resistencia

energética es 1/683 W/r.

Intensidad de corriente: Es la intensidad constante que mantenida en 2

conductores paralelos y rectos de sección transversal despreciable, colocados a 1

metro de distancia entre sí y al vacío produce una fuerza entre ellos 2x107 N/m.

Unidades fundamentales: Se forman por combinaciones simples de las unidades base de acuerdo con las leyes físicas.

Sistema cegesimal

Es usado particularmente en trabajos científicos. Sus unidades son submúltiplos del sistema M.K.S.

La unidad de longitud: es el centímetro, o centésima parte del metro.

La unidad de masa: es el gramo, o milésima parte del kilogramo.

La unidad de tiempo: es el segundo.

 

Unidad/Sistema C.G.S M.K.S Técnico

otros 1 otros 2

Masa g Kg slug LbLongitud cm m m pulg pieTiempo s s s s s

Velocidad cm/s m/s m/s pulg/s pie/sAceleración cm/s 2 m/s 2 m/s 2 pulg/s 2 pie/s 2

Fuerza dina N Kgf LbfPresión dina/cm

2Pa =

N/m 2Kgf/m 2 Lbf/pulg

2atm o

lbf/pie 2Trabajo ergio (J) Joule B.T.U calPotencia ergio/s Watt

(J/s)H.P C.V cal/s

Momento dina.cm N.m Kgf.m Lbf.pulg Lbf.pie

Prefijos y Sufijos

Surge una forma de simplificar la expresión de resultados en la notación científica, existen diferentes prefijos en el Sistema Internacional, de esta forma las diferentes potencias de diez tiene nombre y símbolos especiales.

Potencia de 10 Prefijo simbolo Ejemplo

10^24 Yotta Y Ym

10^21 Zetta Z Zm

10^18 Exa E Em

10^15 Peta P Pm

10^12 Tera T Tm

10^9 Giga G Gm

10^6 Mega M Mm

10^3 Kilo K Km

10^2 Hecta H Hm

10^1 Deca D dm

Potencia de 10 Prefijo simbolo Ejemplo

10^-24 Docto y ym

10^-21 Zepto z zm

10^-18 Atto a am

10^-15 Femto f fm

10^-12 Pico p pm

10^-9 Nano n nm

10^-6 Micro u um

10^-3 Mili m dm

10^-2 Centi c cm

10^-1 Deci d dm

Fluido

Es parte de un estado de la materia el cual no tiene un volumen definido, sino que adopta la forma del recipiente que lo contiene a diferencia de los sólidos, los cuales tienen forma y volumen definido. Tienen la capacidad de fluir, es decir, puede ser transvasar de un recipiente a otro.

Por definición un fluido: es una sustancia que se deforma continuamente cuando es sometida a una tensión cortante, aunque esta sea muy pequeña.

Propiedades de los fluidos

- Extensivas: Depende de la masa total del sistema como es: Masa, Cantidad de movimiento, Momento angular, Energía almacenable, etc.

- Intensivas: No depende de la masa total del sistema como es: Temperatura, Presión, Densidad, Viscosidad, etc.

- Densidad: Es la masa contenida en la unidad de volumen del material.- Peso específico: Es el peso de la unidad de volumen de una sustancia.- Densidad relativa: Es la razón entre la densidad de la sustancia y la densidad

del agua a una temperatura determinada.

Relación entre el peso específico y la densidad

Teniendo en cuenta que el peso es igual a W = mg, en base a las ecuaciones anteriores se puede ver que la densidad y el peso específico están relacionados del siguiente modo:

γ=WV

=mgv

=g(mv )=gρ

Principio de viscosidad

Para que exista movimiento de un cuerpo a través de un fluido o para el movimiento del fluido dentro de un conducto se debe ejercer una fuerza que sobrepase la resistencia ofrecida por el fluido. La magnitud de la resistencia ofrecida por el fluido es una resistencia a la deformación y estará determinada por la velocidad de deformación como por una propiedad del fluido denominada viscosidad.

La viscosidad se puede definir como la resistencia de los fluidos a fluir. A mayor viscosidad, menos flujo. La viscosidad de la mayoría de los líquidos disminuye al aumentar la temperatura.

Viscosidad Dinámica

Para un flujo laminar de ciertos fluidos llamadas newtonianos, la tensión cortante en una interface tangente a la dirección del flujo, es proporcional al gradiente de la velocidad en dirección normal a la interface.

Viscosidad Cinemática

Se define como la razón entre la viscosidad dinámica y la densidad.

v=μρ=m

2

s

Fluidos newtonianos y no newtonianos

Se clasifican desde el punto de vista de la relación que existe entre la viscosidad y la velocidad de deformación en fluidos newtonianos y fluidos no newtonianos.

- Fluido newtoniano: Es todo fluido que se comporta según la Ley de Newton de la viscosidad, es decir que la viscosidad es función exclusiva de la condición del fluido.

- Fluido no newtoniano: No se comportan de acuerdo con la ley de Newton de la viscosidad. La viscosidad del fluido no newtoniano depende del gradiente de velocidad, además de la condición del fluido.

Presión atmosférica

Es la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire sobre la superficie terrestre. La presión atmosférica en un punto coincide numéricamente con el peso de la columna estática del aire de sección recta unitaria que se extiende desde ese punto hasta el límite superior de la atmósfera.

Presión absoluta

El principio general de la hidrostática nos permite conocer la diferencia de presión entre dos puntos cualesquiera en el seno de un líquido. Pero nonos indica dónde la presión vale cero. Se utiliza una escala relativa, que fija cero arbitrario en el ambiente en que vivimos, o sea, en la superficie de la Tierra.

El valor absoluto de presión en cualquier punto del seno de un líquido, alcanza con sumarle el valor de la presión atmosférica.

Presión manométrica

Es la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo aquellos casos en los que la presión es superior a la presión atmosférica, pues cuando esta cantidad es negativa se llama presión al vacío.

Presión

La fuerza normal por unidad de área en un punto dado que actúa sobre un plano específico dentro de la masa de fluido de interés.

Propiedades de la presión

- La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todas direcciones.- La presión en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal en el

seno de un fluido en reposo es lo mismo.- En un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce en el interior, una parte

del fluido con la otra contigua el mismo tiene la dirección normal a la superficie de contacto.

- La superficie libre de un líquido siempre es horizontal, a menos que existan fuerzas externas que influyan.

- La fuerza de presión en un fluido en reposo se dirige siempre hacia el interior el fluido, es decir, es una compresión, no una tracción.

Presión absoluta y manométrica

La presión de referencia es la atmósfera y la presión resultante que se mide se conoce como presión manométrica. La presión que se mide en relación con el vacío perfecto se conoce como presión absoluta.

Pabsoluta = Pmanométrica + Patmósferica

Manómetro

- Tubo U: Es el que utilizan los médicos para determinar la presión arterial.- Bourdon: Mide presiones de 2000 atm.

Un vacío perfecto es la presión más bajas posible. Es decir, una presión absoluta siempre será positiva.

Una presión manométrica que esté por encima de la presión atmosférica es positiva.

Una presión manométrica que esté por debajo de la presión atmosférica es negativa (presión vacío).

La magnitud real de la presión atmosférica varía con el lugar y con las condiciones climatológicas.

A nivel del mar, la presión atmosférica estándar es de 101.325 pascales (absoluta) = 14,69 psi (absoluta).

Bibliografía

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/unidades/unidades.htmhttp://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/introduccion8.htmhttp://matematicasgimnasioyacard.blogspot.mx/2012/10/prefijos-y-sufijos.html

SEGUNDO ELEMENTO DE

COMPETENCIA

Las líneas de corriente están fijas y coinciden con la trayectoria de las partículas de fluido solo si el flujo es estacionario.

En flujo no estacionario el patrón de líneas de corriente cambia a medida que transcurre el tiempo.

Trayectoria: Es el camino que sigue una partícula de fluido.

Línea de corriente: Es la curva tangente a las velocidades de una partícula de fluido.

Regímenes de flujo

Régimen Ideal (Bernoulli): La viscosidad del fluido es nula, no hay rozamiento todas las partículas en la velocidad es uniforme.

Régimen Laminar: La velocidad relativa es cero.

Régimen Turbulento: El movimiento de las partículas es caótico, no se aprecia las líneas de corriente, el flujo es rotacional.

Rapidez del flujo de volumen: Es el volumen del flujo de fluido que pasa por una sección por unidad de tiempo, se conoce como caudal.

Q = VA

Dónde:V: Es la velocidad promedio del fluido. A: Es la sección transversal del contenedor por donde circula el fluido.

Rapidez del flujo de peso: Es el peso de fluido que fluye por unidad de tiempo a través de la sección transversal del contenedor

W = γQ

Dónde: γ : Peso específico. Q: Caudal.

Rapidez de flujo de masa

μ= ρQ

Dónde: ρ: Densidad del fluido.Q: Caudal.

Ley de continuidad de los fluidos

Si un fluido fluye desde la sección hasta la sección 2 con rapidez constante, es decir, si la cantidad de fluido que pasa por cualquier sección en una cierto tiempo dado es constante, entonces la masa de fluido que pasa por la sección 2 en un tiempo dado debe ser la misma que fluye por la sección 1, en el mismo tiempo.

Aplica si:

- Si el flujo es incompresible, ρ1=ρ2.- Flujo es estacionario.

ρV 1 A1= ρV 2 A 2

Q 1=Q 2

Teorema de Bernoulli

Está basado en el principio de conservación de la energía “La energía no puede ser creada, ni destruida, solo se transforma de un tipo a otro”.

En un fluido se manifiesta tipos de energía.

Energía cinética: En un fluido es la energía debida a la velocidad del mismo.

Ec=wV2

2 g

Dónde:w: Peso del fluido.v: Velocidad del fluido.g: gravedad.

Energía potencial: En un fluido se refiere a la energía que puede desarrollar el fluido por su posición.

Ep=wh

Energía de presión: Representa el trabajo necesario para mover el fluido a través de una sección en contra de la presión.

Epresión=℘γ

Dónde:P: Presión del fluido.w: Peso del fluido.γ : Peso específico.

wV 12

2 g+wh1+℘1

γ 1=wV 2

2

2g+wh2+℘2

γ 2

Dividiendo w

V 12

2g+h1+ P1

γ 1=V 2

2

2 g+h2+ P2

γ

V 12

2g= Cabeza de velocidad.

h1= Cabeza de elevación.P1γ 1

=¿ Cabeza de presión.

h1+P1γ 1

= Cabeza Piezómetro.

V 12

2g+h1+ P1

γ 1 = Cabeza total.

Presión estática de estancamiento, dinámica y total

p+ yz+ 1

2 ρ v2=constante

Las presiones de estancamiento y dinámica se producen cuando se convierte la energía cinética en un fluido que circula en un aumento de presión a medida que el fluido llega al reposo.

El término p, de la ecuación anterior, corresponde a la presión termodinámica real del fluido a medida que fluye.

Se llama punto de estancamiento cuando la velocidad se hace 0.

Algunos fluidos circulas sobre y algunos circulan bajo el objeto la línea divisoras denomina línea de corriente de estancamiento y terminan en el punto de estancamiento sobre el cuerpo.

Tubo de Torricelli

La velocidad de un vaciado de un estanque depende solamente de la diferencia de elevación entre la superficie libre del fluido y la salida donde se encuentra ubicado el orificio de descarga.

v=√2gh

La velocidad con que un fluido se vacía desde un recipiente abierto a través de un orificio lateral, el proporcional a la raíz cuadrada de la altura del fluido sobre el orificio.

A mayor profundidad, mayor será la velocidad de salida de fluido a través del orificio.

Un comportamiento similar se observa en los flujos de agua, a alta velocidad, de un embalse.

Tubo de Pitot

El dispositivo está perforado con pequeños orificios laterales suficientemente alejados del punto de parada o estancamiento (punto del flujo donde se anula la velocidad) para que las líneas de corriente sean paralelas a la pared. Esta sonda combinada con una sonda de presión de impacto (perpendicular a la dirección de flujo), forma una sonda de presión cinética llamada tubo de Pitot.

.

V=√2( p3−p 4)/P

Medición de caudal en tubos perforados

Una forma de medir el caudal a través de un tubería es colocado una restricción en el interior de la tubería y medir la diferencia de presión entre la sección 1 (corriente arriba de baja velocidad y alta presión) y la sección 2 (corriente abajo, alta velocidad y de baja presión).

Si se supone que el flujo es horizontal estable, nos viscoso e incompresible entre los puntos 1 y 2, la ecuación de Bernoulli se convierte en:

Si los perfiles de velocidad son uniformes entre las secciones 1 y 2, se utiliza la ecuacion de continuidad y combinando las dos ecuaciones quedaría:

Q=A2√ 2 (p1−p2)

ρ(1−( A 2A 1)2❑)

Efecto Venturi

Consiste en que la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la presión del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de mejor sección. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto.

TERCER ELEMENTO DE

COMPETENCIA

Número de Reynolds

Permite caracterizar la naturaleza del flujo, es decir, si se trata de un flujo laminar o de un flujo turbulento, además, indica la importancia relativa de la tendencia del flujo hacia un régimen turbulento respecto de uno laminar y la posición relativa de este estado dentro de una longitud determinada.

Reynolds estudió dos escurrimientos geométricamente idénticos, de esto pudo concluir que dichos flujos serian dinámicamente semejantes si las ecuaciones diferenciales que describían a cada uno estos eran idénticas.

Dos escurrimientos son dinámicamente semejantes cuando:

Ambos sistemas son geométricamente semejantes, es decir, cuando se tiene una relación constante entre dimensiones de longitudes correspondientes.

Las correspondientes familias de líneas de corriente son geométricamente semejantes o las presiones en puntos correspondientes forman una relación constante.

En una tubería circular se considera:

• Re < 2300 El flujo sigue un comportamiento laminar. • 2300 < Re < 4000 Zona de transición de laminar a turbulento. • Re > 4000 El fluido es turbulento.

Diagrama de Moody