Mecanica De Fluidos Y Termodinamica

Mecánica de fluidos

La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos (que a su vez es una rama de la física) que estudia el movimiento de los fluidos (gases ylíquidos) así como las fuerzas que los provocan.1 La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita. La hipótesis fundamental en la que se basa toda la mecánica de fluidos es la hipótesis del medio continuo

Presión hidrostática

la presion hidrostatica es la fuerza por unidad de área que ejerce un líquido en reposo sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentre sumergido, como esta presión se debe al peso del líquido, esta presión depende de la densidad(p), la gravedad(g) y la profundidad(h) del el lugar donde medimos la presión (P)

P=p*g*h

Si usas las Unidades del Sistema Internacional la Presión estará en Pascales(Pa=N/m^2), la densidad en Kilogramo sobre metro cubico(Kg/m^3), la gravedad en metro sobre segundo al cuadrado (m/s^2) y la profundidad en metro (m), si te fijas (Kg/m^3)*(m/s^2)*(m)=(Kg/(s^2*m))=(N/m^2)

EJERCICIO

Calcular la presión ejercida sobre la mesa por un bloque de 5 kg si la superficie sobre la que se apoya tiene 50 cm 2

Solución:

Ejemplo 2

Calcular la presión que existe en un punto situado a 10 m bajo la superficie del mar, sabiendo que la densidad del agua de mar es 1,03 g/cm3

Solución:

Aplicando el Principio Fundamental de la Hidrostática: P = ρ . g . h

Para poder sustituir los datos los expresamos en el S. I.

TUBOS EN U

Que probablemente puede utilizar el comportamiento de una de las columnas de fluido para describir el comportamiento con respecto a lo que está sucediendo en el otro lado de la columna de fluido, si dos columnas de fluido están conectadas en el fondo. Fundamentalmente, esta situación se describe simplemente en el nombre de aceite común presentada como "Tube U".

En el campo del petróleo, especialmente la perforación de negocios, "Tube U" puede ser considerado como una cadena de tubería (drill pipe and tubing) se encuentra en un pozo y los fluidos pueden pasar dentro de la cadena la tubería de perforación y la tubería pipe and tubing) y el anillo (zona comprendida entre pozo y la cadena de la tubería). La siguiente figura muestra "Tubo U" en nuestro negocio de perforación.

EJERCICIOS

En el tubo en U de la figura, se ha llenado la rama de la derecha con mercurio y la de la izquierda con un líquido de densidad desconocida. Los niveles definitivos son los indicados en el esquema. Hallar la densidad del líquido desconocido.

Solución: En el nivel de la superficie de separación la presión es la misma en los dos líquidos, En dicho nivel la presión debida al mercurio vale:

PM = P0 + Pm g Hm

y la del líquido desconocido vale:

PL = P0 + Pl g Hl

En ambas, P0 es la presión atmosférica pues están abiertos.

Igualando ambas expresiones:

P0 + Pm g Hm = P0 + Pl g Hl

de donde :

Principio de Pascal

La presión ejercida sobre la superficie de un líquido contenido en un recipiente cerrado se transmite a todos los puntos del mismo con la misma intensidad.

El principio de Pascal se aplica en la hidrostática para reducir las fuerzas que deben aplicarse en determinados casos. Un ejemplo del Principio de Pascal puede verse en laprensa hidráulica.

EJERCICIO

Un recipiente cerrado que contiene líquido (incompresible) está conectado al exterior mediante dos pistones, uno pequeño de área A1 = 1 cm2, y uno grande de área A2 = 100 cm2 como se ve en la figura. Ambos pistones se encuentra a la misma altura. Cuando se aplica una fuerza F = 100 N hacia abajo sobre el pistón pequeño. ¿Cuánta masa m puede levantar el pistón grande?

Solución: Cuando actúa F1 sobre el pistón pequeño, la presión P del líquido en ese punto es:

Como el pistón grande está a la misma altura, tendrá la misma presión P que el otro pistón, por tanto la fuerza F2 que actúa sobre él, es

y el peso que puede levantar es:

por lo que se puede escribir:

de donde :

principio de Arquimedes

El principio de Arquímedes se relaciona con la flotabilidad de los cuerpos. Se dice que mientras se daba un baño en la tina, Arquímedes experimento una fuerza que lo empujaba hacia arriba dentro del agua. Salió corriendo desnudo por las calles de Siracusa gritando ¡EUREKA! Arquímedes descubrió que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje hacia arriba, llamada fuerza de flotación, que es equivalente al peso del fluido que desplazado por el cuerpo. El principio de Arquímedes es el que permite a los grandes barcos flotar sobre el agua a pesar de tener un peso tan grande.

EJERCICIO

Una pieza metálica de forma cúbica, de 0,2 m de arista, se sumerge agua (dL=1 000kg/m3). ¿ Qué fuerza de empuje experimenta?

Datos conocidos: Dl = 1 000 kg/m3, g = 9,8 m/s2

- Calculamos el volumen del cuerpo = Volumen del agua desalojada Vcubo

(arista)3 =(0,2 m)3 = 0,008 m3

- Hallamos el valor de la fuerza de empuje: E = Dl V G

E = 1 000 kg/m3. 0,008 m3. 9,8 m/s2 = 78,4 N

Respuesta: el cuerpo experimenta una fuerza de empuje de 78,4 N.

E = 13600 kg/m3. 0,08 10-3m3. 9,8 m/s2 = 10,66 N

-El peso aparente es la diferencia entre el peso real y la fuerza de empuje:

p' = p - E

p = 12N - 10,66 N = 1,34 N

- Resultado: el dinamómetro marcará 1,34 N.

ECUACION DE LA CONTINUIDAD

Consideremos una porción de fluido en color amarillo en la figura, el instante inicial t y en el instante t+Dt.

En un intervalo de tiempo Dt la sección S1 que limita a la porción de fluido en la tubería inferior se mueve hacia la derecha Dx1=v1Dt. La masa de fluido desplazada hacia la derecha es Dm1=r•S1Dx1=rS1v1Dt.

Análogamente, la sección S2 que limita a la porción de fluido considerada en la tubería superior se mueve hacia la derecha Dx2=v2Dt. en el intervalo de tiempo Dt. La masa de fluido desplazada es Dm2=r S2v2 Dt. Debido a que el flujo es estacionario la masa que atraviesa la sección S1 en el tiempo Dt, tiene que ser igual a la masa que atraviesa

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