Mecanica De Los Fluidos

INTRODUCCION

Los fluidos son sustancias en la fase liquida o gaseosa. La mecánica de los fluidos es la ciencia que se encarga del estudio de las sustancias en estado de reposo aparente o en movimiento, y su interacción con el medio que los rodea, con el fin de entender el comportamiento de los fluidos, se hace necesario comprender su misma naturaleza.

Los propiedades de un fluido son aquellas magnitudes físicas cuyos valores definen el estado en que se encuentra, tienen distinto valor para fluidos diferentes, pueden variar para un fluido determinado cuando varía el valor de alguna otra propiedad. Entre estas encontramos, masa, peso especifico, densidad de un cuerpo, densidad relativa o gravedad especifica, viscosidad de fluido, viscosidad dinámica, viscosidad cinemática y la presión.

La Estática de fluidos estudia los fluidos en equilibrio, aunque el reposo o el equilibrio es una propiedad microscópica.

Se definen las propiedades de los fluidos, mediante símbolos y unidades implicadas y se analizan los tipos de cálculos requeridos en el estudio de la mecánica de fluidos.

Se utilizan dos instrumentos para medir la presión de un fluido el manómetro y el barómetro que se utiliza para medir la presión atmosférica. Ambos instrumentos trabajan en el sistema internacional de unidades (SI).

La mecánica como ciencia ocupa muchas ramas en la ingeniería, y es fundamental para la misma; esta ciencia también puede desglosarse como una rama que se llama mecánica de fluidos que como su nombre lo indica trata sobre las sustancias.

FLUIDOS

Fluido es una sustancia que se deforma continuamente, cuando se le aplica una fuerza tangencial por muy pequeña que ésta sea

Fluidos Gaseosos

Los fluidos gaseosos son denominados comúnmente como el gas, que se refieren al estado de agregación de la materia en el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura.

Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:

Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas.

Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.

Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene.

Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.

A temperatura y presión ambientales los gases pueden ser elementos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el cloro, el flúor y los gases nobles, compuestos como el dióxido de carbono o el propano, o mezclas como el aire.

Los vapores y el plasma comparten propiedades con los gases y pueden formar mezclas homogéneas, por ejemplo vapor de agua y aire, en conjunto son conocidos como cuerpos gaseosos, estado gaseoso o fase gaseosa.

Fluidos Líquidos

Los líquidos son un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible lo que significa que su volumen es, bastante aproximado, en un rango grande de presión. Es el único estado con un volumen definido, pero no forma fija. Un líquido está formado por pequeñas partículas vibrantes de la materia, como los átomos y las moléculas, unidas por enlaces intermoleculares.

El estado líquido es un estado de agregación de la materia intermedio entre el estado sólido y el estado gaseoso. Las moléculas de los líquidos no están tan próximas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases. Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían con el tiempo. Las distancias intermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen.

Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se dilatan cuando se incrementa su temperatura y pierden volumen cuando se enfrían, aunque sometidos a compresión su volumen es muy poco variable a diferencia de lo que sucede con otros fluidos como los gases.

Su forma es esférica si sobre él no actúa ninguna fuerza externa. Por ejemplo, una gota de agua en caída libre toma la forma esférica.1

Como fluido sujeto a la fuerza de la gravedad, la forma de un líquido queda definida por su contenedor. En un líquido en reposo sujeto a la gravedad en cualquier punto de su seno existe una presión de igual magnitud hacia todos los lados, tal como establece el principio de Pascal. Si un líquido se encuentra en reposo, la presión hidrostática en cualquier punto del mismo viene dada por:

Donde es la densidad del líquido, es la gravedad (9,8 m/s2) y es la distancia del punto considerado a la superficie libre del líquido en reposo. En un fluido en movimiento la presión no necesariamente es isótropa, porque a la presión hidrostática se suma la presión hidrodinámica que depende de la velocidad del fluido en cada punto.

PROPIEDADES Y SISTEMAS DE MEDIDA

Masa

La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo, aunque sobre ella no haya atracción terrestre ni fuerza alguna aplicada.

Masa, es la propiedad que tiene un cuerpo de fluido, es la medida de la inercia o resistencia a cambiar el movimiento de este. También la medida de la cantidad de fluido; es representado por la letra m.

Peso Específico

Se define como peso específico al peso de un fluido por su unidad de volumen. Se obtiene dividiendo un peso conocido de una sustancia entre el volumen que ocupa.

γ=(m.g)/V=p/V=ρ.g (N/m3)

Utilizando la letra griega γ (gamma) para denotar el peso específico, la unidad común es la libra por pie cubico (lb/ft³)

En donde V es el volumen de una sustancia que tiene el peso W. Las unidades del peso específico, son los Newton por metro cúbico (N/m3) en el Sistema Internacional.

Densidad de un cuerpo.

La densidad es la razón de la concentración de la masa, en una línea, superficie o volumen, en el caso de la densidad volumétrica, esta se define mediante la expresión:

ρ=m/V

Donde m es la masa del cuerpo y V su volumen. Las unidades de medida g/cm3 o Kg/m3, para el sistema internacional de unidades (S.I).

Para determinar experimentalmente el valor de la densidad de un cuerpo es necesario conocer su masa y su volumen. La masa puede determinarse mediante el uso de una balanza, y el volumen se calcula utilizando la expresión que relaciona las dimensiones macroscópicas del cuerpo (según sea su geometría), las cuales pueden determinarse experimentalmente por medio de un calibre.

Es imposible realizar una medida experimental sin incertidumbres, por lo que es imprescindible identificar sus posibles fuentes y cuantificarlas.

La densidad de los cuerpos cambia por dos factores, por la temperatura y por la presión, así la densidad de los cuerpos en cada punto de ella no es la misma por lo que se habla de una densidad media o promedio.

Si consideramos un cuerpo idealizado entonces la densidad en todos los puntos de este es la misma y constante, en el caso que la densidad no fuera constante en un cuerpo esta depende usualmente de la posición de los puntos en el cuerpo.

El aire por ejemplo cuando se calienta disminuye su densidad ascendiendo al mismo tiempo que el aire de menos temperatura desciende, provocando un movimiento de masa de aire, lo cual es responsable de los climas.

Entonces cuando nos referimos a la densidad de los cuerpos usualmente se entiende la densidad volumétrica y de cuerpos homogéneos.

Densidad relativa o gravedad especifica.

La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidad relativa es sin unidades, ya que queda definida como el cociente de dos densidades.

Para expresar la densidad relativa de los líquidos y los sólidos se utiliza como patrón de referencia la densidad del agua a 4ºC que es igual a 1.00g/ml en el sistema métrico.

ρ_r=ρ/ρ_0

Donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad absoluta y ρo es la densidad de referencia.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000 kg/m3

Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

También se puede calcular o medir la densidad relativa como el cociente entre los pesos o masas de idénticos volúmenes de la sustancia problema y de la sustancia de referencia:

ρr=(m_s/V)/(m_o/V)=m_s/m_o

Al calcular la densidad relativa de una sustancia, debemos expresar las dos densidades en las mismas unidades. Por lo tanto, la densidad relativa NO tiene unidades. Para convertir la densidad relativa

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