Dinamica de Fluidos. Capitulo 1 Propiedades de los fluidos

Capitulo 1

Propiedades de los fluidos

• Fluido: un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a una tensión de cortadura, por muy pequeña que esta sea. Una fuerza cortante es la componente tangente a la superficie de la fuerza y esta fuerza dividida por el área de esta superficie, es la tensión de cortadura media sobre el área considerada
• Viscosidad: de todas las propiedades de los fluidos es esta la que requiere mayor atención en el estudio de los movimientos de los fluidos. La naturaleza y las características de la viscosidad se estudian en sus dimensiones como factores de conversión, viscosidades absolutas y cinemáticas de unas unidades a otras.

        La viscosidad es la propiedad del fluido en virtud de la cual este ofrece resistencia a las tensiones de cortadura.

• Viscosidad cinemática: suele llamarse viscosidad absoluta o dinámica, y es el cociente de la viscosidad por la densidad.  V=. La viscosidad es independiente de la presión y depende únicamente de la temperatura.[pic 1]
• Densidad: se define como su masa por unidad de volumen. Para definir la densidad en un punto se divide la masa del fluido en el volumen pequeño que rodea a dicho punto.
• Gas perfecto: se define como una sustancia que satisface a la ley de los gases perfectos.

Pv= RT

Tiene los calores específicos constantes, P es la presión absoluta, v el volumen especifico, R es la constante de los gases perfectos y T es la temperatura absoluta.

• Presión de vapor: los líquidos se evaporan porque las moléculas se escapan de su superficie. Cuando el espacio por encima del líquido está limitado, las moléculas de vapor ejercen una presión parcial en dicho espacio llamada presión de vapor.
• Tensión superficial: En la superficie de contacto entre líquido y gas parece formarse en el líquido una película o capa espacial, debida en apariencia a la atracción de las moléculas del líquido situadas por debajo de la superficie.

        Esta propiedad de la película superficial que ejerce una tensión es la fuerza necesaria para mantener la unidad d longitud de la película en equilibrio.

Capitulo 2

ESTATICA DE LOS FLUIDOS

• Presión en un punto: es aquella que se calcula dividiendo la fuerza normal que actúa sobre un área plana por dicha área. En un punto de un fluido en reposo existen la misma presión en todas las direcciones.    

• Manómetros: son aparatos que emplean columnas liquidas para determinar las diferencias de presión. El manómetro sirve para medir la presión del líquido cuando es superior a la presión atmosférica local. Un tubo de cristal vertical se conecta con el interior del recipiente. El líquido se eleva en el tubo hasta alcanzar el equilibrio.

• Fuerzas sobre áreas planas: El conjunto de fuerzas que resultan de la acción del fluido sobre la cara de una superficie finita puede ser reemplazada por una fuerza resultante, así como se pueden averiguar las reacciones externas a las fuerzas del sistema. En este párrafo la magnitud de la fuerza resultante y su línea de acción (centro de presiones) se determinan por integración, por formulas y por la consideración del concepto de prisma de presiones.

• Superficies horizontales: una superficie plana en una posición horizontal en un fluido en reposo está sometida a una presión constante. El modulo de la fuerza que actúa sobre una cara de la superficie es:

[pic 2]

• Superficies inclinadas: Es una superficie donde se forma un ángulo con respecto a la horizontal. En esta parte se trata de determinar el modulo, dirección, y línea de acción de la fuerza resultante de las presiones que ejerce el liquido sobre una de las caras de la superficie. Para calcular la fuerza se tiene que:

[pic 3]

Yh es la presión en el centroide del área. Es decir el modulo de la fuerza ejercida sobre una cara de una superficie plana sumergida en un liquido es el producto del área por la presión en el centroide.

• Centro de presiones: la línea de acción de la fuerza resultante corta a la superficie en un punto que se llama centro de presiones, cuyas coordenadas son (Xp,Yp). Contrariamente a lo que se sucede para una superficie horizontal el centro de presiones de una superficie inclinada no está en el centroide.  Para encontrar el centro de presiones se igualan los momentos respecto al eje y, y al eje x de la resultante  XpF, YpF a los momentos del conjunto de fuerzas respecto de los mismos ejes. Asi:

[pic 4]

[pic 5]

• El prisma de presiones: el concepto prisma de presiones proporciona otro método para determinar el modulo y la situación de la fuerza resultante sobre una superficie inclinada. El volumen del prisma de presiones, igual que el modulo de la fuerza y la fuerza resultante pasan por el centroide del prisma.

• Componentes de las fuerzas debido a las presiones sobre superficies curvas

Cuando las fuerzas elementales p£A varían en dirección,   como en el caso de las superficies curvas, deben sumarse como magnitudes vectoriales, es decir: sus componentes en tres direcciones mutuamente perpendiculares se suman como escalares, y a continuación las tres componentes se suman vectorialmente. Para calcular la resultante de las fuerzas debidas a las presiones sobre una superficie curva se determinan previamente dos componentes horizontales en ángulo recto y la componente vertical.

• Componente horizontal de la fuerza debida a las presiones sobre una superficie curva: esta fuerza es igual a las presiones que se ejercerían sobre la proyección de la superficie curva, su ecuación para el cálculo viene dado por:

 [pic 6]

Quedando la fuerza:

[pic 7]

• Componente vertical de la fuerza debida a las presiones sobre una superficie curva

Este es igual al peso del líquido situado verticalmente por encima de la superficie curva y extendida hacia la superficie libre. Esta se determina sumando las componentes verticales de las fuerzas debidas a la presión sobre las áreas elementales δA de la superficie. Se determina mediante la siguiente fórmula:

Fy=[pic 8]

-Tensiones de tracción en una tubería

Una tubería circular  sometida a la acción de una presión interna está sometida a tracción en su periferia. Para altas presiones puede tomarse en el centro de la tubería. T1=T2 y T=pr.

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