DIAPOSITIVAS DE ESTÀTICA DE FLUIDOS.pptx

7/24/2019 DIAPOSITIVAS DE ESTTICA DE FLUIDOS.pptx

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GRUPO: CARUAJULCA PEREZ, ELMER OMAR. ESPINOZA WALTER, ISIDORO. MEDINA CERCADO, SALOMON.

TEMA: ESTTICA DE FLUIDOS.

CARRERA PROFECIONAL: INGENIERIA CIVIL.

CICLO: VII

DOCENTE: ING. HUGO MOSQUEIRA ESTRAVER


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ESTATICA DEFLUIDOS


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INTRODUCCON

La esttica de fuidos estudia el equilibrio de gases y lquidos. A

partir de los conceptos de densidad y de presin se obtiene laecuacin undamental de la hidrosttica, de la cual el principio dePascal y el de Arqumedes pueden considerarse consecuencias. lhecho de que los gases, a dierencia de los lquidos, puedancomprimirse hace que el estudio de ambos tipos de fuidos tengaalgunas caractersticas dierentes. n la atmsera se dan losenmenos de presin y de empu!e que pueden ser estudiados deacuerdo con los principios de la esttica de gases. "e entiende por fuido un estado de la materia en el que la ormade los cuerpos no es constante, sino que se adapta a la del recipienteque los contiene. La materia fuida puede ser tras#asada de un

recipiente a otro, es decir, tiene la capacidad de fuir. Los lquidos ylos gases corresponden a dos tipos dierentes de fuidos. Los primerostienen un #olumen constante que no puede morti$carseapreciablemente por compresin. "e dice por ello que son fuidosincompresibles. Los segundos no tienen un #olumen propio, sino que

ocupan el del recipiente que los contiene% son fuidos compresiblesporque, a dierencia de los lquidos, s pueden ser comprimidos.


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RESMEN

Vamos a estudiar las fuerzas que aplican los fluidos enreposo o en el movimiento del cuerpo rgido. La propiedad

de los fluidos responsable de esas fuerzas es la presin, la

cual es una fuerza normal que ejerce el fluido por unidad

de rea.El captulo empieza con un comentario detallado de la

presin, incluye las presiones absoluta y manomtrica, la

presin en un punto, la variacin de la presin con la

profundidad en un campo gravitacional, el manmetro, el

barmetro y los instrumentos para medir la presin.


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OBJETIVOS

&eterminar las propiedades de un fuido esttico.

!nterpretar fenmenos relacionados con la presin en slidos

calculando y "aciendo estimaciones de la presin ejercida en cada

caso.

#plicar la ecuacin fundamental de la "idrosttica en la resolucin

de ejercicios.

$tilizar las unidades de presin ms "abituales conociendo los

factores de conversin entre ellas.

%onocer los aparatos de medida de presin.

E&plicar las aplicaciones tcnicas del principio de 'ascal y resolver

ejercicios a propsito de ello.

E&plicar fenmenos relacionados con la presin atmosfrica y con

la presin de gases.


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MARCO TERICO

1. PRESIN Y LA ECUACIN GENERAL DE LA ESTATICA DE LOS

FLUIDOS. EL PRINCIPIO DE PASCAL.( Presin (p)

La presin se define como una fuerza normal ejercida por un fluido por

unidad de rea. )e "abla de presin slo cuando se trata de un gas o

un lquido. La contraparte de la presin en los slidos es el esfuerzo

normal. 'uesto que la presin se define como fuerza por unidad derea, tiene la unidad de *e+ton por metro cuadrado *-m/, la cual se

llama pascal 'a/0 es decir,

1 Pa = 1 N/m2


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Presin


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EJEMPLO


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EJEMPLO

$n medidor de vaco conectado a una cmara da comolectura 1.2 psi en un lugar en donde la presin atmosfrica

es de 34.1 psi. 5etermine la presin absoluta en la

cmara.

SOLUCION( )e da la presin manomtrica de una cmara al vaco.

)e debe determinar su presin absoluta.

(


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PRESIN

&onde la presin es laatmos'rica Patm, entonces la

presin a una proundidad h

a partir de la super$cie librequeda(

)na consecuencia de que la

presin en un fuidopermane*ca constante en ladireccin hori*ontal consisteen que la presin aplicada a

un fuido con$nado


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Ecucin !ener" #e " es$%$ic #e &"ui#'s.

En el caso ms general, la fuerza de presin por unidad devolumen ejercida por el fluido e&terior a un peque6o

elemento de volumen sobre el contenido del mismo,

vendr dada por el gradiente de la presin, si no "ay otras

fuerzas como la de la gravedad, la presin debecompensarse para que "aya equilibrio.

)i un lquido tiene una superficie libre, este es el nivel

natural para medir las altura y en este caso la '7sobre la

superficie libre del lquido ser la presin atmosfrica

llamado " 8 z79 z

(


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E" Principi' #e Psc"

( El principio de 'ascal puede ser interpretado como unaconsecuencia de la ecuacin fundamental de la "idrosttica y del

carcter incompresible de los lquidos. En esta clase de fluidos la

densidad es constante, de modo que de acuerdo con la

ecuacin p 8 po : r; g ; " si se aumenta la presin en la superficie

libre, por ejemplo, la presin en el fondo "a de aumentar en lamisma medida, ya que r ; g ; " no vara al no "acerlo ".

( En un fluido incompresible, las variaciones locales de presin se

transmiten ntegramente a todos los puntos del fluido y en todos los

sentidos, as como a las superficies en contacto con el fluido.( La m!"in# $e P#s%#&' ha sido la base de muchos inventos que

forman parte de nuestra vida cotidiana, como los frenos y los

elevadores hidrulicos. sto permite levantar un autom!vil con

facilidad mediante un bra"o, como se muestra en la fi#ura

si#uiente.


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PRINCIPIO DE PASCAL

Ntese que P1 = P2, yaque los dos mbolosestn al mismo nivel (elefecto de pequeas

diferencias en la alturaes despreciable, enespecial a presionesaltas, se determina que

la ra!n de la fuer!a desalida a la de entradaes"


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+PL- APL/A01-


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e#icin #e " presin EL *AROETRO

El barmetro es un dispositivo que nos permitemedir la presin atmosfrica lo cual consiste en

un tubo de vidrio cerrado por uno de sus

e&tremos y abierto por el otro, a este tubo se le

llena con mercurio y despus tapado el e&tremo

abierto se invierte en una cubeta de mercurio.

(

Impo!"#!$:A grandes

altitudes, un motor deautom#il genera menospotencia y una personaobtiene menos o2genodebido a la densidadms ba!a del aire.


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MANMETROS

Los manmetros son dispositivos que sirven para medir la diferenciade presin. En general e&isten muc"os dispositivos llamados

manmetros que nos permiten determinar diferencias de presin

positivas o negativas siendo uno de estos el manmetro en $.


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EJEMPLO

)e usa un manmetro para medir la presin en un tanque. El fluidoque se utiliza tiene una gravedad especfica de 7.21 y la elevacin de

la columna en el manmetro es de 11 cm, como se muestra en la

figura siguiente. )i la presin atmosfrica local es de 'a,

determine la presin absoluta dentro del tanque.


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13 1&- 45 6 7 8


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FUER+A SO*RE SUPERFICIES PLANAS Y CUR,AS

( La presin de un fluido ejerce una fuerza sobre cualquier superficie sobre

la que este en contacto. El objetivo de este captulo es "allar la fuerza

originada por la presin. Las fuerzas originadas por la presin sonindispensables para el dise6o de las estructuras que los contienen

$na placa e&puesta a un lquido, como una vlvula de compuerta en

una presa, la pared de un tanque de almacenamiento de lquidos o el

casco de un barco en reposo, queda sometida a la presin del fluido

distribuida sobre su superficie.

Por e!emplo, Pgage9 en elondo del lago.


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( La magnitud de la fuerza resultante que act?a sobre una superficie

plana de una placa totalmente sumergida en un fluido "omogneo

de densidad constante/ es igual al producto de la presin '% en el

centroide de la superficie y el rea # de sta.


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SE DEBE RECORDAR

( %entroide y momentos centroidales de inercia para algunasconfiguraciones geomtricas comunes.


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EJERCICIO

$n automvil pesado se sumergi en un lago por accidente y quedsobre sus ruedas @ig. ABA3/. La puerta mide 3. m de altura y 3 m de

anc"o, y el borde superior de la misma est 2 m abajo de la superficie

libre del agua. 5etermine la fuerza "idrosttica sobre la puerta y la

ubicacin del centro de presin, y determine si el conductor puede

abrir la puerta.


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Fuer-s i#r's$%$ics S'/re Super&icies Cur0s Suer!i#s

( *o debemos olvidar que la fuerza de presin la podemos descomponer

en una componente vertical y dos "orizontales. %onsideremos un

recipiente con una pared formada por un cuarto de cilindro de radio C ylongitud a, que contiene un lquido de densidad r.

( 'ara una superficie curva sumergida, la determinacin de la fuerza

"idrosttica resultante es ms complicada, en virtud de que es com?n

que se necesite la integracin de las fuerzas de presin que cambian de

direccin a lo largo de la superficie curva.


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El peso del bloque encerrado de lquido de volumen V essencillamente , y act?a "acia abajo pasando por el

centroide de este volumen. %uando se observa que el

bloque de fluido est en equilibrio esttico, los balances de

las fuerzas en las direcciones "orizontal y vertical danD

( $omponente hori"ontal de la fuer"a sobre la superficie

curva% &'= &(

( $omponente vertical de la fuer"a sobre la superficiecurva% &)= &y* +

(


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13 1&- 45 :


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ESTABILIDAD DE LOS CUERPOS SUMER(IDOS ) DE LOSFLOTANTES


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( $na aplicacin valiosa del concepto de flotacin es la evaluacin de

la estabilidad de los cuerpos sumergidos y de los flotantes sin

accesorios e&ternos. Este tema tiene importancia en el dise6o de

los barcos y submarinos. Enseguida se incluyen comentarios

cualitativos generales acerca de la estabilidad vertical y larotacional.

( Los criterios de estabilidad rotacional son semejantes para los

cuerpos flotantes. $na vez ms, si el cuerpo flotante tiene fondo

pesado y, por tanto, el centro de gravedad , est directamente

abajo del centro de flotacin F, el cuerpo siempre es estable.( $n cuerpo sumergido neutralmente flotante es a/ estable si el

centro de gravedad , est directamente abajo del centro de

flotacin F, b/ neutralmente estable si y F coinciden y c/ inestable

si est directamente arriba de F.


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)n cuerpo fotante es estable si su ondo es pesadoy, por tanto, el centro de gra#edad ; est deba!o delcentroide < del mismo, o bien si el metacentro est arriba del punto ;. "in embargo, el cuerpo esinestable si el punto est aba!o del punto ;.

ESTABILIDADROTACIONALESTABLE INESTABLE


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13 1&- 45 =


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FLUIDOS GASEOSOS.

( # diferencia de los fluidos lquidos que tienen volumen definidopero no una forma definida y son incompresibles, los fluidos

gaseosos son altamente compresibles es decir no pueden

considerarse constantes, los gases no tienen volumen ni forma

definida.


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ases

@uerzas intermoleculares peque6as

Govimientos rpidos e independientes Volumen El comportamiento de

un gas se define por medio de variable D Hemperatura 'resin *I de

moles

Gedidas en gases

%antidad de sustanciaD moles

VolumenD l, mA, cmAJ

'resin D atm, mm Kg o torr, 'a, bar

Hemperatura D %, M

$nidadesD

3 atm 8 N=7 mm Kg 8 N=7 torr 8 3,73A bar 8 3,73A.371 'aM 8 % : NA

3l 8 3dmA 'a 8 *-m $nidad del )!/


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Le2 #e *'2"e

El volumen del gas contenido en un recipiente se reduce si seaumenta la presin. Esta propiedad que presentan los gases de poder

ser comprimidos se conoce como compresibilidad y fue estudiada por

el fsico ingls Cobert Foyle 3=NB3=


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13 1&- 45 >


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LOS GASES PERFECTOS.

La ley de los gases ideales es la ecuacin de estado del gasideal, un gas hipot'tico ormado por partculas puntuales sin

atraccin ni repulsin entre ellas y cuyos choques sonperectamente elsticos ?conser#acin de momento y energacin'tica@. La energa cin'tica es directamente proporcional a latemperatura en un gas ideal. Los gases reales que ms seapro2iman al comportamiento del gas ideal son los gases

monoatmicos en condiciones de ba!a presin y altatemperatura.;ases cuyo comportamiento se rige por las leyes de


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LOS GASES PERFECTOS.

La presin ejercida por una fuerza fsica es inversamente proporcional al volumen

de una masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga constante. o

en trminos ms sencillosD

# temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente

proporcional a la presin que este ejerce. Gatemticamente se puede e&presar

asD

5onde 3es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

%uando aumenta la presin, el volumen baja, mientras que si la presin disminuye el

volumen aumenta. *o es necesario conocer el valor e&acto de la constante 3para

poder "acer uso de la leyD si consideramos las dos situaciones de la figura,manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deber cumplirse la

relacinD


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Borma comCnLa ecuacin que describe normalmente la relacin entre la presin,el #olumen, la temperatura y la cantidad ?en moles@ de un gas ideales(

&onde(P 9 Presin absoluta1 9 1olumenn 9 oles de gas39 /onstante uni#ersal de los gases ideales

09 0emperatura absolutaLa ecuacin de estado de los gases perectos es(

&nde( p es la presin, 1 el #olumen, n el nCmero de moles y es laconstante uni#ersal de los gases, 3 es una constante para todos losgases ideales que #ale 39D,DE8 atm.litroF5G.mol

A partir de aqu se deduce muy cilmente el #olumen molar de un gasen /4, ya que no hay ms que sustituir, P96atm, n96mol y

09D5/98H:5G


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EJERCICIO

!magina que en el laboratorio tenemos una temperatura de N% y unapresin de 3atm. O que en esas condiciones obtenemos litros de

o&geno. )i a"ora, manteniendo la presin, calentamos el gas "asta

una temperatura de 17% P%ul ser el volumen que ocuparQ P%ul

es su densidad a 17% y 3atm de presinQ

SOLUCION


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