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CONCEPTOS GENERALESCAPITULO II.1 MECANICA DE FLUIDOSES LA CIENCIA EN LA CUAL LOS PRINCIPIOS DE LA MECANICA GENERAL SE EMPLEAN EN EL ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS, TANTO LIQUIDOS (AGUA, ACEITE, GASOLINA O GLICERINA) COMO GASES (AIRE, OXIGENO, NITROGENO O HELIO), EN LO REFERENTE A LA ESTATICA, CINEMATICA Y DINAMICA.
LA APLICACIN DE LA MECANICA DE FLUIDOS APLICADO A LA HIDRAULICA, JUEGA UN PAPEL IMPORTANTE EN LA INGENIERIA CIVIL, EN CONSTRUCCIONES COMO: PRESAS DE ALMACENAMIENTO, CANALES, POLIDUCTOS, PUERTOS.
Presa de Almacenamiento CanalesPoliductosPuertoI.2 DEFINICION DE FLUIDODe acuerdo con el aspecto fsico que tienen en la naturaleza, la materia se puede clasificar en tres estados: slido, lquido y gaseoso, de los cuales los dos ltimos se conocen como fluidos.I.2.1 DIFERENCIA ENTRO UN FLUIDO LIQUIDO Y GASEOSOlos lquidos son prcticamente incompresibles y los gases son compresibles, por lo que en muchas ocasiones hay que tratarlos como tales.los lquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres, mientras que una masa dada de gas se expansiona hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo contiene.
I.3 SISTEMA DE UNIDADESEs un conjunto deunidades de medidaconsistente, normalizado y uniforme.En general definen unas pocas unidades de medida a partir de las cuales se deriva el resto.
I.4 PESO(W) Y MASA(m)Masa: Es la propiedad de un cuerpo de fluido que se mide por su inercia o resistencia a un cambio de movimiento; es decir es la cantidad de materia (kg, tn, gr, etc.). La masa es una magnitud escalar.
Peso: Es la fuerza con la que el cuerpo es atrado hacia la Tierra por la accin de la gravedad. El peso es una magnitud vectorial.
[N]I.5 DENSIDAD DE MASA() Es la cantidad de materia contenida en una unidad de volumen de la materia.
Es el peso de una sustancia por unidad de volumen de la misma. Donde el peso de la sustancia esta influenciada por la fuerza gravitacional.
[Kg/m3]I.5 PESO ESPECIFICO()
[N/m3]
DE LA SEGUNDA LEY DE NEWTON SE DEMUESTRA QUE:OTRA FORMA DE CUANTIFICAR LA DENSIDAD O EL PESO ESPECIFICO DE UN LIQUIDO, ES MEDIANTE LA SIGUIENTE EXPRESIN:
La densidad relativa del agua es 1.00 y la del mercurio 13.57. [N/m3]I.6 VISCOSIDAD Es la resistencia a fluir de ciertos lquidos; es decir es la capacidad de ser espeso un liquido.
Se consideran dos placas planas y paralelas de grandes dimensiones, separadas una pequea distancia, y con el espacio entre ellas lleno de un fluido. Se supone que la placa superior se mueve a una velocidad constante, al actuar sobre ella tambin una fuerza, tambin constante. Por tanto, debe existir una interaccin viscosa entre la placa y el fluido, que se manifiesta por un arrastre sobre la primera y de una fuerza cortante sobre el fluido.Fx=vtl
El fluido en contacto con la placa mvil se adhiere a ella movindose a la misma velocidad de este, mientras que el fluido en contacto con la placa fija permanecer en reposo. Si la separacin y la velocidad no son muy grandes, la variacin de las velocidades(gradiente) vendr dada por una lnea recta.La experiencia ha demostrado que la fuerza F varia con el rea de la placa, con la velocidad e inversamente con la separacin.lx=vtF
De la figura:lFx=vt12Coeficiente de Viscosidad(): Es una magnitud fsica que mide la resistencia interna al flujo de un fluido (resistencia al esfuerzo cortante).Es la relacin entre el esfuerzo de corte y la deformacin de corte por unidad de tiempo. Las unidades con que se mide en el Sistema Internacional son N.S/m2 O Pa.S.A mayor temperatura disminuye la viscosidad.
EJEMPLO 01UNA MESA SOSTIENE UNA PLACA MOVIL QUE SE DESLIZA SOBRE UNA PELICULA DE ACEITE DE MOTOR (SAE 10) DE 0.001M DE ESPESOR, Y 0.04M2 DE AREA. CALCULAR LA FUERZA REQUERIDA PARA DESLIZAR LA PLACA A UNA VELOCIDAD CONSTANTE DE 0.02M/S (VER FIGURA)
I.7 TENSION SUPERFICIAL Es el efecto fsico que endurece la capa superficial del agua en reposo, es decir la superficie de un liquido se comporta como una membrana elstica.Una molcula en el interior de un liquido esta sometida a la accin de fuerzas atractivas en todas las direcciones, siendo la resultante nula. Pero si la molcula esta en la superficie del liquido, sufre la accin de un conjunto de fuerzas de cohesin, cuya resultante es perpendicular a la superficie, y ello forma una fina barrera.
Es decir la tensin superficial ()(sigma) de un liquido es el trabajo que debe realizarse para llevar molculas en numero suficiente desde el interior del liquido hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie.Este trabajo es numricamente igual a la fuerza tangencial de contraccin que actuase sobre una lnea hipottica de longitud unidad situada en la superficie.
N/mObs: Los detergentes tienen la capacidad pararomper esta tensin superficialdel agua, es por esto (y por muchas otras razones) que verter este tipo de qumicos en las aguas puede ocasionar la ruptura del ecosistema y la desaparicin de las especies que en el viven.
Gracias al efecto de la tensin superficial los pequeos insectos pueden caminar sobre el agua, as mismo las gotas de agua son esfricas.
EJEMPLO 02UNA AGUJA DE 35MM DE LONGITUD DESCANSA SOBRE LA SUPERFICIE DEL AGUA A 20C (TENSION SUPERFICIAL ES IGUAL A 0.0728N/M) QUE FUERZA HAY QUE EJERCER HACIA ARRIBA PARA SEPARAR LA AGUJA DEL CONTACTO CON LA SUPERFICIE DEL AGUA?. I.8 CAPILARIDAD Es la cualidad que posee una sustancia de adsorber a otra. Sucede cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el lquido y el slido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del lquido.
[m]
[m]
*F. ADHESION > FUERZAS DE F. COHESIN (AGUA)*F. ADHESION < FUERZAS DE F. COHESIN (MERCURIO)
*F. ADHESION > FUERZAS DE F. COHESIN (AGUA)(SE DICE QUE SE MOJA AL TUVO)*F. ADHESION < FUERZAS DE F. COHESIN (MERCURIO) (SE DICE QUE NO SE MOJA AL TUVO).
< 90 > 90EL EFECTO DE LA CAPILARIDAD TIENE IMPORTANCIA PARA TUBOS DE DIAMETRO APROXIMADAMENTE MENORES DE 10MM. PARA TUBOS MAYORES EL EFECTO ES DESPRECIABLE.OBS: MIENTRAS MAS FINO SEA EL TUVO MAYOR SERA LA ALTURA DEL LIQUIDO DEL FENOMENO CAPILAR.
EJEMPLOS DEL FENOMENO DE CAPILARIDAD
EJEMPLO 03DETERMINANAR LA ALTURA h, EN EL TUBO CAPILAR, SIENDO EL FLUIDO AGUA, CUYAS PROPIEDADES SON:TENSION SUPERFICIAL A 20=0.0728N/M=20DENSIDAD=1000 KG/M3PARA UN RADIO DE 20MM Y 0.2MMI.9 PRESION DE VAPORPara ciertas condiciones de temperatura y presin, los lquidos se vaporizan; es decir, cambian de estado, convirtindose en gases. La presin de vapor, Pv, se define como aquella presin, para una temperatura dada, en la cual un lquido se vaporiza.
I.10 COMPRENSIBILIDADLa compresibilidad se refiere al cambio de volumen (V) de una sustancia que esta sujeta a cambio de la presin que se ejerce sobre ella.La cantidad usada normalmente para medir este fenmeno es el mdulo volumtrico de elasticidad o, simplemente, mdulo volumtrico, E.
[Kg/m2]Como lo mencionamos anteriormente, los lquidos son muy poco compresibles, lo cual indica que necesitaramos cambios muy grandes de presin para producir un pequeo cambio en el volumen. As pues, las magnitudes de E para los lquidos, como se muestra en la tabla siguiente, son muy altas. Por esta razn los lquidos son considerados incompresibles. Mdulo VolumtricoLquido( lb/pulg2)(Mpa)Alcohol etlico130 000896Benceno154 0001 062Aceite industrial189 0001 303Agua316 0002 179Glicerina654 0004 509Mercurio3 590 00024 750Fuente: Mecnica de Fluidos Aplicada- Robert L. MottEJEMPLO 04CALCULE EL CAMBIO DE PRESIN PARA OCACIONAR UNA DISMINUCION DE 1%, EN EL VOLUMEN DE ALCOHOL ETILICO.RESUMEN DE FORMULAS A USAR
[N]
[Kg/m3]
[N/m3]N/m
[m]
[m]
[Kg/m2]
