Conceptos bsicos de la Mecnica de Fluidos

INTRODUCCINLa mecnica de fluidos es una de las ciencias que tiene relacin con la esttica, cinemtica y dinmica de los fluidos, ya que el movimiento de un fluido se produce debido al desequilibrio de las fuerzas que actan sobre l. En los clculos de movimiento de fluidos, la viscosidad y la densidad son las propiedades que se utilizan con ms generalidad; estas desempean papeles principales en el movimiento de canales abiertos y cerrados y en el movimiento alrededor de cuerpos sumergidos.De la aplicacin de los principios, conceptos y leyes como: principio de Newton del movimiento, primer y segundo principio de la termodinmica, principio de la conservacin de la masa, ecuaciones de estado que relacionan las propiedades del fluido, entre otras, se obtienen los mtodos tiles de anlisis de la mecnica de fluidos.

OBJETIVOSGENERAL: Comprender los conceptos bsicos y fundamentales de la Mecnica de Fluidos y su aplicacin en el movimiento de estos.ESPECFICOS: Conocer las propiedades de los fluidos y fuerzas que actan en su interior. Interpretar el concepto de densidad, peso especfico y viscosidad. Entender la concepcin de presin manomtrica, absoluta, relativa y atmosfrica. Reconocer los tipos y usos del manmetro, piezmetro y barmetro.

FLUIDOSustancia que se deforma continuamente bajo un esfuerzo, por pequeo que sea. El esfuerzo se produce por la componente tangente a la superficie de la fuerza aplicada (fuerza cortante) y esta, dividida por el rea de la superficie, es la tensin de cortadura media (esfuerzo) sobre el rea considerada. CLASIFICACIN DE LOS FLUIDOS.Los fluidos pueden clasificarse en newtonianos y no newtonianos. En los primeros la viscosidad puede considerarse constante en el tiempo y existe una relacin lineal entre el esfuerzo contra su velocidad de deformacin y pasa por el origen; estos cumplen con la ley de viscosidad de Newton. En los segundos no existe tal relacin lineal y su viscosidad vara con la temperatura y presin, pero no con la variacin de la velocidad. Los gases y los lquidos ligeros se aproximan a los fluidos newtonianos, mientras que los pesados son no newtonianos.

PROPIEDADES GENERALES DE LOS FLUIDOSSe clasifican en propiedades extensivas e intensivas, las extensivas son aquellas que dependen de la cantidad de sustancias presentes, las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de sustancias presentes, si no de los valores especficos de propiedades inherentes de cada sustancia.

DENSIDADEs unamagnitud escala referida a la cantidad demasa en un determinadovolumende unasustancia.

Donde:: densidadm: masav: volumen que ocupa la masa

Unidades:

VISCOSIDADEs la resistencia a fluir o derramarse que presentan los fluidos. Los fluidos ms viscosos fluyen ms lentamente y tambin es ms difcil mover objetos a travs de ellos. Normalmente tiende a confundirse con la densidad, pero no es lo mismo; por ejemplo, el aceite es ms viscoso pero menos denso que el agua.La viscosidad es directamente proporcional a la presin, si se comprime un lquido la presin hace que se reduzcan los espacios entre sus molculas y el movimiento se dificulte. A cambio el aumento de temperatura hace que los lquidos fluyan con ms facilidad, debido a que ocurre una dilatacin al calentarse y sus molculas se separan.Unidades: Ley de la viscosidad de Newton: Estableciendo que para ciertos fluidos, el esfuerzo cortante sobre la interfaz tangente a la direccin del flujo, es proporcional a la tasa de cambio de la velocidad con respecto a la distancia, donde la diferenciacin se toma en una direccin normal a la interfaz.

TEMPERATURALa Temperatura es una propiedad de la materia que est relacionada con la sensacin de calor o fro que se siente en contacto con ella. Cuando tocamos un cuerpo que est a menos temperatura que el nuestro sentimos una sensacin de fro, y al revs de calor. El instrumento utilizado habitualmente para medir la temperatura es eltermmetro.Unidades:

NombreSmboloEquivalencia

CelsiusC

FahrenheitFF = 1,8 C + 32

KelvinKK = C + 273

PESO ESPECFICO El peso especfico de un fluido es la relacin entre el peso y volumen de dicho lquido. Se obtiene dividiendo el peso de la sustancia entre el volumen que ocupa, se denota mediante la siguiente ecuacin:

Sistema Internacional de Unidades (SI): N/m3.Sistema Tcnico: kgf/m3.

Ejemplo 1: Calcule el peso de un recipiente de aceite si posee una masa de 825 kg. Como w=mg,

Ejemplo 2: Si el recipiente de la siguiente figura tiene un volumen de 0.917m3, calcule la densidad, el peso especfico.

Densidad:

Peso especfico:

PRESINLos fluidos encerrados en un recipiente (agua en una piscina, aire en un globo), ejercen una fuerza contra las paredes del mismo; la razn entre la fuerza ejercida perpendicularmente y el rea sobre el cual se ejerce dicha fuerza, se le denomina presiones. La presin es una magnitud escalar e independiente de la direccin. Segn Pascal, la presin ejercida en un punto de un fluido lquido, se transmite con igual intensidad a todos los puntos y en todas las direcciones del fluido; un ejemplo de esta, es la prensa hidrulica.

Presin manomtrica (relativa): es la diferencia entre la presin absoluta y la presin atmosfrica, es decir, la presin manomtrica fija un 0 arbitrario en la superficie de la tierra y no considera la presin atmosfrica. El concepto de presin manomtrica se desarroll debido a que los manmetros marcan 0 cuando se abren a la atmosfera.

Presin atmosfrica: es la fuerza por unidad de rea que ejerce aire sobre la superficie terrestre. Presin absoluta: es la presin que se mide en relacin a un vaco absoluto.

Presin absoluta = presin relativa + presin de la atmsfera

Ejemplo: una piscina de 4 metros de altura llena de agua con un peso especfico de 10N/m3Tomando arbitrariamente un valor de presin cero en la superficie del agua, diramos que la presin a4mde profundidad es40.000Pa usando la escala relativa.Pero si admitimos que en la superficie del agua la presin no vale cero sino que vale 101.300Pa (presin atmosfrica), entonces lapresin absolutaa4mde profundidad valdr 141.300Pa en escala absoluta.

TIPOS Y USOS DE MANMETROS, PIEZMETROS Y BARMETROSMuchos de los instrumentos que son utilizados para medir las presiones utilizan la presin atmosfrica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presin real o absoluta y la presin atmosfrica, llamndose a este valor presin manomtrica. Los aparatos encargados de medir estas presiones de fluidos en recipientes cerrados reciben el nombre de manmetros. Los tipos de manmetros ms utilizados en la industria son:

El Manmetro de Bourdon, es caracterizado porque tienen un tubo metlico enrollado que corresponde a el elemento sensible del sistema, este tubo se encuentra aplanado y cerrado en un extremo; el otro extremo es por donde se va a hacer la medicin del fluido ocasionando que el tubo se enrolle ms o se enderece en caso contrario; el movimiento que se produzca del extremo cerrado va a efectuar la medicin de la presin interior y a provocar otro movimiento, el de la aguja.

El Manmetro de columna de lquido, es muy utilizado para medir diferencias de presiones muy bajas; consiste en dos columnas donde se ubica de un lado mercurio y del otro el lquido al cual se le va a calcular la presin; este tipo de manmetros se subdivide en tres tipos manmetros de tubo de U, manmetro de Tintero y Manmetro de Tubo inclinado.

a) Manmetro de tubo en U.b) Manmetro tipo tintero.c) Manmetro de tubo inclinado.

1. b) c)

Los de Tubo Inclinado son utilizados para la medicin de todas las presiones manomtricas que son inferiores a los 250mm de columna de agua. Asimismo, se pueden encontrar manmetros de tubo en U, para la medicin de las diferencias ms pequeas de presin y por ltimo los manmetros de Tintero, los cuales tienen un depsito de un lado y del otro lado una escala medida en atmosferas que sealan la presin, la escala contiene mercurio el cual sube, baja o se mantiene segn las condiciones del lquido a medir.

El Manmetro de McLeod es utilizado para medir presiones de fluidos muy bajas, consta de un embolo y un tubo vertical con mercurio (generalmente) el cual es sometido a cierta presin, que al entrar en contacto con la presin del fluido a medir, ocasiona que el mercurio comience a correr por la escala.

El Manmetro truncado se utiliza para medir pequeas presiones gaseosas, desde varios Torrs hasta 1 Torr. No es ms que simples manmetros de tubo cerrado con sus dos ramas cortas. Si la rama abierta se comunica con un depsito cuya presin supere la altura mxima de la columna baromtrica, el lquido llena la rama cerrada, si ocurre lo contrario, se forma un vaco Baromtrico en la rama cerrada y la presin absoluta en el depsito. Este dispositivo mide presiones absolutas, por lo que no es un verdadero manmetro.

BARMETROSLos barmetros son instrumentos utilizados para medir la presin atmosfrica, su principal uso es la prediccin de fenmenos meteorolgicos mediante la medicin de la presin atmosfrica. Los barmetros pueden ser de mercurio, aneroide, holostricos y de tubo cilindro.

El Barmetro de mercurio es un sistema preciso utilizado para medir los cambios de la presin atmosfrica, el sistema consta de un tubo que contiene mercurio dentro de un recipiente tambin lleno de mercurio. Al nivel del mar, y en condiciones atmosfrica normales, el peso de la atmsfera hace subir al mercurio 760mm por un tubo de vidrio calibrado. Segn la variacin atmosfrica que se presente el mercurio tiende a desplazarse.

El Barmetro aneroide funciona a travs de una aguja que se desplaza y una pared que tiende a deformarse de acuerdo a los cambios de presin exterior.

El Barmetro holostrico a diferencia del anterior, se apoya en un juego de palancas conectadas a un resorte que a su vez se conecta al reloj anlogo, quin va a ser el encargado de medir la presin atmosfrica pero conservando la parte del tubo idntica.

El Barmetro de Fortn, es muy utilizado en los laboratorios cientficos teniendo en cuenta todos los factores a corregir para obtener el valor ms preciso, como son la humedad del sitio donde se trabaja, la temperatura, y la tensin del vapor de mercurio. El dispositivo funciona cuando se introduce un tubo de vidrio en un recipiente (generalmente de vidrio) en forma circular, que contiene cierta cantidad de mercurio, tiene adems un pequeo espejo que permite ver el nivel dentro del tubo milimetrado. Estos barmetros se pueden graduar por medio de una perilla conectada al sistema para darle diferentes formas a la piel.

PIEZMETROSLos piezmetros son instrumentos utilizados para medir la presin de poros o el nivel de agua que se presenta en terraplenes, caeras, perforaciones y en estanques a presin. Son de mucho uso en la Geotecnia para determinar la presin de agua en el terreno o el nivel de agua en perforaciones, entre los principales tipos de piezmetros que existen se encuentran:

El Piezmetro de cuerda vibrante, este tipo es de los ms comnmente utilizados en grandes obras, y adecuados parala mayora de las aplicaciones, pueden ser instalados en perforaciones, o colocados dentro de terrenos rellenados. El piezmetro de cuerda vibrante mide la presin del agua monitoreando los cambios en la frecuencia de una cuerda vibrante instalada entre el cuerpo del instrumento y una membrana.

Los Piezmetros neumticos funcionan por medio de la presin de gas y son utilizados en los casos en que las operaciones de construccin podran daar otro tipo de instrumentacin, minimizando la interferencia con los equipos de construccin. Se pueden instalar en pozos de sondeo o incrustados en el relleno. Las lecturas de presin se realizan por medio de un lector neumtico al que se le ingiere gas nitrgeno por medio de unos tubos de circulacin de gas y luego se hace la medicin de la presin de agua correspondiente en la vlvula piezomtrica.

Los Piezmetros tipo Casagrande: son muy utilizados para la medicin de la presin del agua en terraplenes, fundaciones o en sitios seleccionados de los contrafuertes de las presas. Adems de que pueden instalarse en una perforacin o en terraplenes durante construccin.El piezmetro del tipo Casagrande permite medir las presiones de poros del agua y los niveles del agua de una manera simple y rentable. Consta de un tubo abierto en el cual el nivel de agua es medido directamente desde la superficie por medio de un indicador de profundidad.

CONCLUSINPor medio de las propiedades de un fluido, podemos hacer un uso ideal de este, debido a que conocemos sus reacciones y cambios (Fsicos, Qumicos, Mecnicos) respecto a diferentes factores como lo son; las alteraciones en la atmosfera y en el ambiente. As mismo las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y caractersticas del mismo tanto en reposo como en movimiento.Concluimos que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan fuerzas de restitucin tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con unslido deformable, donde s hay fuerzas de restitucin).

BIBLIOGRAFA

Chacn, E. (12 de Enero de 2015). Fsica Eduardo C. Obtenido de La densidad: http://fisicaeduardo2015.blogspot.com/2015/01/05-la-densidad-paginas-158-y-159.htmlMunson, B., Young, D., & Okiishi, T. (s.f.). Fundamentos de Mecnica de fludos. Limusa.Resumen fluidos Newtonianos y No Newtonianos. (s.f.). Obtenido de SlideShare: http://es.slideshare.net/alejandra1703/resumen-fluidos-newtonianos-y-no-newtonianosStreeter, V. (1970). Mecnica de los fluidos. McGRAW-HILL.