Mecánica de fluidos11-1Paula Stefani Mejia Parrado

• 1.Definicion y clasificación de los fluidos

.Fluido es todo cuerpo cuyas moléculas tienen entre sí poca coherencia y toma siempre la forma del recipiente donde está contenido. Dentro de esta definición los fluidos se consideran a la materia en estado líquido y gaseoso. El estado líquido se ve, pero el estado gaseoso es más difícil de ver e identificar por el alumnado.

Clasificación:

Fluido newtoniano: es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. Los fluidos newtonianos son uno de los fluidos más sencillos de describir. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su velocidad de deformación es lineal. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles y sangre que son ejemplos de fluido no newtoniano.

Fluido no newtoniano: es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.

2.Sistemas de unidades:el sistema m.k.s. metro kilómetros y segundos Un sistema de unidades es un conjunto consistente de unidades de medida. Definen un conjunto básico de unidades de medida a partir del cual se derivan el resto. Existen varios sistemas de unidades:

Sistemas internacional de unidadesSistema métrico decimalSistema cegesimalSistemas naturalSistema técnico de unidadesSistema métrico legal argentinoSistema anglosajón de unidades

3. Propiedades de fluidos

Propiedades primarias:

Presión:  es una magnitud física que mide como la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie (esa magnitud es escalar), y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea.

Densidad: En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

Temperatura:  es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica.

Energía interna: En física (U) de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala macroscópica. Más concretamente, es la suma de:la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y dela energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.

Entalpía:  es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.

Entropía:  es una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

Calor especifico:  es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial. 

Viscosidad: Es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.

Propiedades secundarias:

Conductividad térmica: es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a sustancias con las que no está en contacto

Tensión superficial: Se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.1 Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie.

Esfuerzo de compresión: es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (Coeficiente de Poisson).

Capilaridad: es un proceso de los fluidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

4.Principio de Arquímedes:  

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figuras:

-El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

-La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

 

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.

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.

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

El Teorema de Bernoulli :Es un caso particular de la Ley de los grandes números, que precisa la aproximación frecuencia de un suceso a la probabilidad p de que este ocurra a medida que se va repitiendo el experimento.

Dados un suceso A, su probabilidad p de ocurrencia, y n pruebas independientes para determinar la ocurrencia o no-ocurrencia de A.

Sea f el número de veces que se presenta A en los n ensayos y  un número positivo cualquiera, la probabilidad de que la frecuencia relativa f/n discrepe de p en más de  (en valor absoluto) tiende a cero al tender n a infinito.

5.La hidrodinámica: estudia la dinámica de los líquidos.Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes:Que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases.Se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento.Se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.

La hidrostática: Es una rama de la mecánica de fluidos que estudia los líquidos en estado de reposo; es decir; sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.La presión (P) se relaciona con la fuerza (F) y el área o superficie (A) de la siguiente forma: P=F/A.

6.Aplicaciones:

En la actualidad las aplicaciones de la oleo hidráulica y neumática son muy variadas, esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseño y fabricación de elementos de mayor precisión y con materiales de mejor calidad, acompañado además de estudios mas acabados de las materias y principios que rigen la hidráulica y neumática. Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisión y con mayores niveles de energía, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la industria en general.Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, móviles e industriales:

-Aplicaciones Móviles: El empleo de la energía proporcionada por el aire y aceite a presión, puede aplicarse para transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehículos móviles tales como:Tractores, Grúas, Retroexcavadoras, Camiones recolectores de basura, Cargadores frontales, Frenos y suspensiones de camiones.-Aplicaciones Industriales: En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción, para estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre otros:Maquinaria para la industria plástica, Máquinas herramientas, Maquinaria para la elaboración de alimentos

Aplicación de la aeronáutica:La aerodinámica se desarrolla a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes. Con las ecuaciones de continuidad, cantidad de movimiento y energía se pueden obtener modelos que describen el movimiento de los fluidos. Un caso particular ocurre cuando el movimiento del fluido es estacionario, es decir, las propiedades del fluido sólo cambian con la posición en el campo fluido pero no con el tiempo, y cuando además se puede despreciar la viscosidad del fluido. Con estas dos características, movimiento estacionario y no viscoso, se puede obtener una función potencial que al ser derivada se obtenga la velocidad del fluido en cada punto del campo. Una vez hayamos obtenido la velocidad del fluido, podremos hallar otras magnitudes importantes. La aerodinámica clásica que explica cómo se genera la sustentación en los perfiles aerodinámicos se basa en movimientos potenciales. Este tipo de movimiento es ideal, ya que la viscosidad nula nunca se consigue.En la solución de un problema aerodinámico normalmente se hace necesario el cálculo de varias propiedades del fluido, como pueden ser velocidad, presión, densidad y temperatura, en función de la posición del punto estudiado y el tiempo.Modelando el campo del fluido es posible calcular, en casi todos los casos de manera aproximada, las fuerzas y los momentos que actúan sobre el cuerpo o cuerpos sumergidos en el campo fluido. La relación entre fuerzas sobre un cuerpo moviéndose en el seno de un fluido y las velocidades viene dada por los coeficientes aerodinámicos.

Aplicación supersónica:Una de las principales aplicaciones de los ultrasonidos es la que tiene que ver con los sensores para guiado y sondeo. Aquí es donde entra en juego el tema de acústica submarina, aplicado en el sondeo del fondo del mar, navegación de submarinos, detección de bancos de pescado, etc.

Este uso de los ultrasonidos a modo de radar es utilizado por animales, concretamente por los murciélagos, cuyo sentido del oído está muy desarrollado, llegando incluso a escuchar frecuencias cercanas a los 100 KHz. La idea es que estos animales emiten pulsos ultrasónicos que rebotan en los objetos de alrededor. Los ecos son procesados y el murciélago puede llegar a tener una verdadera visión tridimensional del ambiente.Cuando pensamos en este tipo de aplicaciones quizá nos viene a la mente la idea de la acústica submarina. Sin embargo, se dan muchas aplicaciones en el guiado de robots con navegación autónoma. El funcionamiento genérico es bastante simple: se trata de emitir pulsos ultrasónicos y contar el tiempo que tardan en regresar. 

GRACIAS POR SU ATENCION