MECÁNICA DE FLUIDOS

MECÁNICA DE FLUIDOS

• OBJETIVOS:

- El estudio de la mecánica de fluidos puede ayudarnos tanto para comprender la complejidad del medio natural, como para mejorar el mundo que hemos creado. Si bien la mecánica de fluidos está siempre presente en nuestra vida cotidiana, lo que nos falta conocer es como se expresa esta información en términos cuantitativos, o la manera en que se diseñan sistemas con base en este conocimiento, mismos que se utilizaran para otros fines.

- El conocer y entender los principios básicos de la mecánica de fluidos es esencial en el análisis y diseño de cualquier y sistema en el cual el fluido es el elemento de trabajo. Hoy en día el diseño de virtualmente todos los medios de transporte requiere la aplicación de la mecánica de fluidos. Entre estos se incluyen tanto los aviones como maquinas terrestres, barcos, submarinos y típicamente automóviles. El diseño de de sistemas de propulsión para vuelos especiales y cohetes esta basado en los principios de la mecánica de fluidos.

• INTRODUCCION:

Mecánica de fluidos, es la parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingenieríaquímica, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.

La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y ladinámica de fluidos, que trata de los fluidos en movimiento. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a bajavelocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamientode los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad.

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.

• DESARROLLO

La materia se clasifica como uno de tres estados: sólido, líquido o gaseoso.

Sólido

Tiene un volumen y forma definidos.

Líquido

Tiene un volumen definido, mas no una forma definida.

Gas

No tiene ni volumen ni forma definidos.

Fluido

Conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas por fuerzas cohesivas débiles y por fuerzas ejercidas por las paredes de un recipiente. Tanto líquidos como gases son fluidos.

Principio de Bernoulli

Nos permite determinar relaciones entre la presión, la densidad y la velocidad en cada punto en un fluido.

PRESIÓN

El estudio de la mecánica de fluidos comprende la densidad de una sustancia, definida como su masa por unidad de volumen. Estos valores varían un poco con la temperatura, puesto que el volumen de una sustancia depende de la temperatura.

Los fluidos no soportan los esfuerzos de corte, por lo que el único esfuerzo que puede existir sobre un objeto sumergido en un fluido es uno que tiende a comprimir el objeto. La fuerza ejercida por el fluido sobre el objeto siempre es perpendicular a las superficies de éste.

La presión en un punto específico en un fluido puede medirse con el dispositivo ilustrado en la figura.

Se compone de un cilindro evacuado que encierra un gran émbolo conectado a un resorte. Conforme el dispositivo se sumerge en un fluido, éste presiona hacia abajo la parte superior del émbolo y comprime el resorte hasta que la fuerza hacia adentro del fluido se equilibra con la fuerza hacia fuera del resorte.

Densidades de algunas sustancias comunes

Sustancia (kg/m3)a Sustancia (kg/m3)a

Hielo 0.917 x 103 Agua 1.00 x 103

Aluminio 2.70 x 103 Agua de mar 1.03 x 103

Hierro 7.86 x 103 Alcohol etílico 0.806 x 103

Cobre 8.92 x 103 Benceno 0.879 x 103

Plata 10.5 x 103 Mercurio 13.6 x 103

Plomo 11.3 x 103 Aire 1.29

Oro 19.3 x 103 Oxígeno 1.43

Platino 21.4 x 103 Hidrógeno 8.99 x 10--2

Glicerina 1.26 x 103 Helio 1.79 x 10--1

Si F es la magnitud de la fuerza normal sobre el émbolo y A es el área de la superficie del émbolo, entonces la presión, P, del fluido al nivel al que el dispositivo se ha sumergido se define como la razón entre la fuerza y el área:

P =

VARIACIÓN DE LA PRESIÓN CON LA PROFUNDIDAD

Su fórmula

...