Densidad, Presion Y Peso Espesifico

HIDRÁULICA

CONCEPTO

La hidráulica es una rama de la mecánica de fluidos y ampliamente presente en la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los líquidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a las condiciones a que esté sometido el fluido.

EJEMPLO

Antigua Roma

Los antiguos romanos, que difundieron en todo el Mediterráneo su propio modelo de vida urbana, basaron el bienestar y el buen vivir especialmente en la disponibilidad de abundante cantidad de agua. Se considera que los acueductos suministraban más de un millón de m³ de agua al día a la Roma Imperial, la mayor parte distribuida a viviendas privadas por medio de tubos de plomo. Llegaban a Roma por lo menos una docena de acueductos unidos a una vasta red subterránea.

LA GENERACIÓN DE ENERGÍA

Rueda hidráulica.

La principal fuente de energía de la antigüedad fue el llamado “molino” griego, constituido por un eje de madera vertical, en cuya parte inferior había una serie de paletas sumergidas en el agua. Este tipo de molino fue usado principalmente para moler los granos, el eje pasaba a través de la máquina inferior y hacía girar la máquina superior, a la cual estaba unida. Molinos de este tipo requerían una corriente veloz, y seguramente se originaron en las regiones colinares del Medio Oriente, a pesar de que Plinio el Viejo atribuye la creación de los molinos de agua para moler granos al norte de Italia. Estos molinos generalmente eran pequeños y más bien lentos, la piedra de moler giraba a la misma velocidad que la rueda, tenían por lo tanto una pequeña capacidad de molienda, y su uso era puramente local. Sin embargo pueden ser considerados los precursores de la turbina hidráulica, y su uso se extendió por más de tres mil años.

USOS

Hidráulica es una de las ramas tradicionales de la ingeniería civil y se ocupa de la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización, u otras, sea para la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos, o entornos similares, incluyendo, por ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, esclusas, rompeolas, entre otras construcciones.

PRESION

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

• ABSOLUTA: la presión absoluta es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absolutos. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña.

• MANOMETRICA: Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye.

• BAROMETRICA: La presión atmosférica es la fuerza que ejerce el peso del aire sobre la superficie de la tierra, gráficamente se puede ilustrar como la fuerza que ejerce el peso de una columna de aire sobre un área a una altitud determinada. En una región específica que se encuentra al nivel del mar, la columna de aire será mayor en comparación de una región localizada a mayor elevación.

UNIDADES Y CONVERSIONES

VISCOCIDAD

La viscosidad es una magnitud que representa la resistencia a fluir, en un fluido las moléculas no permanecen en el mismo lugar dentro de la masa, sino que se mueven, pero a la vez tratan de mantenerse unidas, ese esfuerzo por permanecer en un lugar fijo es la resistencia al flujo y determina la viscosidad.

• DINAMICA: La viscosidad dinámica se toma del tiempo que tarda en fluir un líquido a través de un tubo capilar a una determinada temperatura y se mide en "poises" (gr/cm*seg). Es decir, es inherente a cada líquido en particular pues depende de su masa.

• CINEMATICA: La viscosidad cinemática representa esta característica desechando las fuerzas que generan el movimiento. Es decir, basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido y se obtiene una unidad simple de movimiento: cm2/seg, sin importar sus características propias de densidad.

UNIDADES

• DINÁMICA

 (pascal * Segundo) = (Pa * s) =1 N•s / m² o 1 kg / (m•s)

 (poise) = (P) = 1g (s•cm)−1 = 1 dina•s•cm−2 = 0,1 Pa•s

• CINEMATICA

 SI (m / cm²)

 CSG 1 stoke = 100 centistokes = 1 cm²/s = 0,0001 m²/s

USOS VISCOCIDAD

La viscosidad es un parámetro importante en los aceites lubricantes y segun la aplicación debe tener la viscosidad adecuada.

La viscosidad de un producto es afectada por la temperatura, a mayor temperatura menor viscosidad

Por ejemplo la lubricación de una zona muy caliente de una máquina, necesita un aceite de alta viscosidad, dado que la temperatura al bajar la viscosidad no deja de lubricar. En cambio utilizando un aceite de baja viscosidad, con el aumento de la temperatura se puede llegar al rompimiento de la película de aceite y la consecuente soldadura de las partes que rozan.

En cambio para lubricar una máquina muy fría, se debe utilizar un aceite de baja viscosidad. Por la misma razón si se usa uno de alta viscosidad, con el frío aumenta y puede llegar a generar mucho trabajo para efectuar el movimiento.

DENSIDAD

La densidad es una medida utilizada por la física y la química para determinar la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. La ciencia establece dos tipos de densidades. La densidad absoluta o real que mide la masa por unidad de volumen, y es la que generalmente se entiende por densidad. Se calcula con la siguiente fórmula: Densidad = masa / volumen.

• DENSIDAD RELATIVA: La densidad relativa o gravedad específica que compara la densidad de una sustancia con la del agua; está definida como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4ºC. Se calcula con la siguiente fórmula: Densidad relativa = densidad de la sustancia / densidad del agua.

UNIDADES

Densidad = masa / volumen

• kg / m³

• g/Ml

• g/cm³

• lb/ft³

PESO ESPECÍFICO

El peso específico es una medida de concentración de material y se define como el peso por unidad de volumen. Se obtiene dividiendo el peso conocido de la sustancia entre el volumen que ocupa.

Llamando p al peso y v al volumen, el peso específico: p = ɤ *g

UNIDADES

Peso especifico = peso / volumen

• N/m3

densidad (δ) peso específico (ρ)

kg/l kg/m³ kgf/l kgf/m³ N/m³

Agua (4°C) 1 1.000 1 1.000 10.000

Agua de mar (15°C) 1,025 1.025 1,025 1.025 10.250

Hielo 0,917 917 0,917 917 9.170

Sangre humana (37°C) 1,06 1.060 1,06 1.060 10.600

Plasma sanguíneo (37°C) 1,027 1.027 1,027 1.027 10.270

Alcohol 0,8 800 0,8 800 8.000

Aceite de oliva 0,92 920 0,92 920 9.200

Mercurio (20°C) 13,6 13.600 13,6 13.600 136.000

Aire frío (0°C, 1 atm) 0,00129 1,29 0,00129 1,29 12,9

Aire caliente (100°C, 1 atm) 0,00095 0,95 0,00095 0,95 9,5

Planeta Tierra 5,17 5.170 - - -

Madera balsa 0,12 120 0,12 120 1.200

Quebracho y algarrobo 0,7 700 0,7 700 7.000

Hierro 7,8 7.800 7,8 7.800 78.000

Plomo 11,4 11.400 11,4 11.400 114.000

Oro 19,3 19.300 19,3 19.300 193.000

• kgf/m3

EJEMPLOS

EJEMPLO DE PRESION

Calcular la presión ejercida sobre la mesa por un bloque de 5 kg si la superficie sobre la que se apoya tiene 50cm2

P= = =

. = 0.1kilos

EJEMPLO DE DENSIDAD

Calcular la densidad relativa de un fluido (leche) que cuenta con las siguientes características.

=

EJEMPLO DE VISCOSIDAD

Encontrar la viscosidad de un fluido (suavizante para ropa) a las cuales se le determinaron las siguientes características:

EJEMPLO PESO ESPECÍFICO

0.5 kg de alcohol etílico ocupan un volumen de 0.633 cm3, calcular su densidad y peso específico.

M = 0.5kg

V = 0.633 cm3 = 6.33*10-7 m3

ɤ= m/V

ɤ = 0.5 kg/ 6.33*10-7 m3

ɤ = 789889.41 kg/ m3

p = ɤ *g

p = (789889.41 kg/ m3)(9.81 m/s2)

p = 7748815.11 N/ m3

...