2015INFORME Y EXPOSICION .Docente a Cargo:Ing. ERNESTO SANTILLAN.VII MECATRONICA20/04/2015

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS (SISTEMAS HIDRAULICOS.)

TRABAJO PERTENECIENTE A: CORRALES JAIME MERA ERICK TOALOMBO INTI MARTINEZ ANDRES

El trmino mecnica de fluidos se refiere al estudio del comportamiento de los fluidos, ya sea en reposos o en movimiento. Los fluidos pueden ser lquidos o gases. El comportamiento de los fluidos afecta nuestra vida cotidiana de muchas maneras. Los lquidos son slo ligeramente comprensibles Los gases son fcilmente comprensibles

La comprensibilidad se refiere al cambio en el volumen de una sustancia cuando hay un cambio en la presin que experimenta.La comprensin de las propiedades de los fluidos requiere una cuidadosa diferenciacin entre masa y peso. MASA.- es la propiedad de un cuerpo de fluido que se mide por su inercia o resistencia a un cambio de movimiento. Es tambin una medida de la cantidad de fluido. PESO.- Es la cantidad que pesa un cuerpo, es decir, la fuerza con la que el cuerpo es atrado hacia la Tierra por la accin de la gravedad

LA COMPRENSIBILIDAD: se refiere al cambio de volumen (V) de una sustancia que est sujeta a un cambio de la presin que se ejerce sobre ella. La cantidad usada normalmente para medir este fenmeno es el modulo volumtrico de elasticidad o simplemente, mdulo volumtrico, E.

El trmino mdulo volumtrico no se aplica normalmente a los gases y se deben aplicar los principios de la termodinmica para determinar el cambio en el volumen de gas de un debido a un cambio de presin. LA DENSIDAD: es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia:

Donde V es el volumen de la sustancia cuya masa es m. Las unidades de densidad son kilogramos por metro cubico en el Sistema Internacional (SI) y slugs por metro cubico en el Sistema Britnico de Unidades. EL PESO ESPECFICO: es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia.

Donde V es el volumen de una sustancia que tiene el peso w. La gravedad especifica es el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad del agua a 4 La gravedad especfica es el cociente del peso especfico de una sustancia entre el peso especfico del agua a 4Estas definiciones de la gravedad especfica se pueden expresar como:

VISCOCIDAD DE LOS FLUIDOS La facilidad con que un lquido se derrama es una indicacin de su viscosidad. Se define la viscosidad como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de las molculas. La prdida de energa debida a la friccin en un fluido que fluye se debe a su viscosidad. VISCOSIDAD DINMICA Cuando un fluido se mueve, se desarrolla en l una tensin de corte, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. La tensin de corte, denotada con la letra griega , puede definirse como la fuerza requerida para deslizar una capa de rea unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia.Si la distancia entre las dos superficies es pequea, entonces la rapidez de cambio de velocidad con respecto de la posicin y es lineal.El hecho de que la tensin de corte del fluido es directamente proporcional al gradiente de velocidad puede establecerse matemticamente como:

En la que la constante de proporcionalidad (letra griega my) se conoce como viscosidad dinmica del fluido. VISCOSIDAD CINEMTICAMuchos clculos en mecnica de fluidos implican el cociente de la viscosidad dinmica entre la densidad de flujo. Como una convencin cinemtica, v (letra griega ny) se define como:

Puesto que son propiedades del fluido, v tambin lo es. Las unidades de viscosidad cinemtica en los tres sistemas utilizados con ms frecuencia. Las dimensiones bsicas de longitud al cuadrado divididas entre el tiempo son evidentes en cada sistema.Un fluido con un alto ndice de viscosidad muestra un cambio pequeo de viscosidad con respecto a la temperatura. Un fluido con un bajo ndice de viscosidad exhibe un cambio grande en su viscosidad con respecto a la temperatura.LA PRESINSe define como la cantidad de fuerza ejercida sobre un rea unitaria de una sustancia.

La presin acta uniformemente en todas direcciones sobre un pequeo volumen de fluido.En un fluido confinado entre fronteras slidas, la presin acta perpendicularmente a la frontera.PRESIN MANOMTRICA.- Normalmente, la presin de referencia es la de la atmosfera, y la presin resultante que se mide se conoce como presin manomtrica.PRESIN ABSOLUTA.- Es la presin que se mide en relacin con el vaco perfecto.Presin relativa.-es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presin absoluta y la atmosfrica del lugar donde se efecta la medicin.

Presin Manomtrica.- Son normalmente las presiones superiores a la atmosfrica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presin que es desconocida y la presin atmosfrica que existe.

Un vaco perfecto es la presin ms baja posible. Por consiguiente, una presin absoluta ser siempre positiva. Una presin manomtrica que est por encima de la presin atmosfrica es positiva Una presin manomtrica que est por debajo de la atmosfrica es negativa, en ocasiones se le conoce como vaco.La presin en la parte superior de cada columna de fluido es igual a p0 (presin atmosfrica).La presin slo depende de la altura, pero no de la forma del recipiente. Todos los puntos a una misma profundidad y mismo lquido se encuentran a la misma presin, sin importar la forma del recipiente:

PRINCIPIO DE PASCALEl cambio de presin depende solamente del cambio de elevacin y del tipo de fluido, no en el tamao del contenedor donde se encuentra el fluido. Por consiguiente, todos los contenedores que se muestran en la figura 1. Deben tener la misma presin en el fondo, a pesar de que contienen cantidades diferentes del fluido.

Fig. 1 La presin es la misma en el fondo de todos los contenedores (MOTT,1996)Este fenmeno es de utilidad cuando se debe producir una presin consistentemente alta en un sistema de tubos y tanques interconectados.

ECUACIN FUNDAMENTAL DE LA ESTTICA DE FLUIDOSUna columna de lquido de una altura determinada ejercer una presin especfica en el fondo de la columna y en las paredes laterales de la columna en la zona cercana al fondo. Para calcular dicha presin, slo se tendrn en cuenta la altura de la columna, la densidad del fluido en el interior de la columna y la aceleracin de la gravedad, pero no influir la forma de la columna.

El significado fsico de esta ecuacin es que la presin vara con la profundidad (o altura) dentro del lquido en funcin del peso especfico del mismo (g = rg), el cual es constante en todo el fluido. Segn esto, la causa de esta variacin es el peso por unidad de rea transversal de las capas del lquido que se encuentran por encima del elemento de fluido considerado. La condicin que se debe cumplir es que el fluido debe ser incompresible, para que la densidad permanezca constante.Si consideramos p1 como la presin que hay a una profundidad (altura) h1 y p2 como la presin a otra profundidad h2, la solucin de la ecuacin diferencial anterior es:

Si h1= h2se cumple que p1= p2, lo que significa que la presin es la misma en todos los puntos de un plano horizontal dentro del lquido.La ecuacin bsica de la esttica de fluidos nos proporciona la diferencia de presin que hay en dos puntos dentro de un fluido que se encuentran a diferentes profundidades, independientemente de la forma del recipiente.Si esto es as, dos puntos dentro de un fluido se pueden conectar por una tubera hecha con tramos verticales y horizontales.

Fig. 2 Ecuacin fundamental de la esttica de fluidos PRINCIPIO DE VASOS COMUNICADORESEl concepto devasos comunicanteses utilizado en muchas disciplinas, tanto de las ciencias exactas como sociales y tambin en las humanidades.En fsica, por ejemplo, de acuerdo a la Ley Hidrosttica de los Vasos Comunicantes (VC), los VC son un sistema compuesto por dos o ms recipientes en donde uno con mayor nivel de lquido que el otro, se unen a travs de un tubo hueco generando un desplazamiento de agua desde el que contiene ms lquido hacia el que contiene menos hasta igualarse los niveles. Esto es generado por estar sometidos ambos recipientes a igual presin atmosfrica.

Fig. 3 Vasos Comunicantes

FuncionamientoSirven para demostrar que la presin hidrosttica slo depende de la altura. En nuestro caso consta de cuatro recipientes de vidrio de diferente capacidad y forma unidos en su parte inferior por un tubo metlico que va cerrado por uno de los extremos. Al verter el lquido en uno cualquiera de los vasos se observa que en todos ellos alcanza la misma altura.Aplicaciones Las esclusas sirven para que las embarcaciones salven diferencias de nivel. La embarcacin entra en la esclusa. Esta se llena de agua para igualar el nivel con la siguiente esclusa. A partir de ese momento, la embarcacin puede pasar a esta esclusa, y as sucesivamente. Las instalaciones municipales suelen aprovechar este principio de vasos comunicantes para suministrar agua a las viviendas En el bao es imprescindible usar el sifn que sirve para trasvasar agua y aislar. Manmetro. Prensa hidrulica.

PRINCIPIO DE ARQUMEDESEl principio de Arqumedes es un principio fsico que afirma que: Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrosttico o de Arqumedes, y se mide en newtons (en el SI).

Donde E es el empuje, es la densidad del fluido, V el volumen de fluido desplazado por algn cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleracin de la gravedad y m la masa, de este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar.La explicacin del principio de Arqumedes consta de dos partes como se indica en las figuras:1. El estudio de las fuerzas sobre una porcin de fluido en equilibrio con el resto del fluido.2. La sustitucin de dicha porcin de fluido por un cuerpo slido de la misma forma y dimensiones.

Fig. Principio de Arqumedes FLUJOS MSICO Y VOLUMTRICOEs la velocidad a la que la masa de una sustancia pasa a travs de una superficie dada. De manera similar, el flujo volumtrico es la velocidad a la que el volumen de un lquido pasa a travs de una superficie dada. Estas medidas se utilizan ampliamente en la dinmica de fluidos, y con frecuencia es necesario convertir estas medidas de flujo.FLUJO MSICO:La magnitud que expresa la variacin de la masa en el tiempo. Matemticamente es la diferencia de la masa con respecto al tiempo.

FLUJO VOLUMTRICO:Es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo.

DondeQ= tasa de flujoV= Velocidad de fluido A= rea transversal de la tubera

ECUACIN DE LA CONTINUIDAD: CONSERVACIN DE LA MASA

La masa que ingresa en un tiempo t es la misma que sale en el mismo intervalo de tiempo

Fig. 4 Ecuacin de la continuidadEl produco de Av es la razn del flujo de volumen o la rapidez con que el volumen cruza una seccin del tubo.

El producto Av se conoce como gasto o caudal y se mide en el SI en m^3/s

CONSERVACIN DE LA ENERGALa energa no puede ser creada ni destruida, sino que puede ser transformada de un tipo a otro. Este es el enunciado de la ley de conservacin de la energa.Cuando se analizan problemas de flujo en conductos, existen tres formas de energa que siempre hay que tomar en consideracin.Energa potencial: Debido a su elevacin, la energa potencial del elemento con respecto de algn nivel de referencia es:

Energa Cintica: Debido a su velocidad, la energa cintica del elemento es:

Energa de flujo: En ocasiones conocidas como energa de presin o trabajo de flujo.

ECUACIN DE BERNOULLI PARA FLUIDOS COMPRESIBLES E INCOMPRESIBLESLa ecuacin de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido bajo condiciones variantes y tiene la forma siguiente:

En la ecuacin de Bernoulli intervienen los parmetros siguientes:

P: Es la presin esttica a la que est sometido el fluido, debida a las molculas que lo rodeanp: Densidad del fluido.v: Velocidad de flujo del fluido.g: Valor de la aceleracin de la gravedad ( 9.81 en la superficie de la Tierra).h: Altura sobre un nivel de referencia

Clasificacin:Los fluidos compresibles pueden ser clasificados de varias maneras, la ms comn usa el nmero de Mach (Ma) como parmetro para clasificarlo.

Donde V es la velocidad del flujo y a es la velocidad del sonido en el fluido.Prcticamente incompresible: Ma < 0.3 en cualquier parte del fluido. Las variaciones de densidad debidas al cambio de presin pueden ser despreciadas. El gas es compresible pero la densidad puede ser considerada constante. Fluido subsnico: Ma > 0.3 en alguna parte del fluido pero no excede 1 en ninguna parte. No hay ondas de choque en el fluido. Fluido transnico: 0.8 Ma 1.2. Hay ondas de choque que conducen a un rpido incremento de la friccin y stas separan regiones subsnicas de hipersnicas dentro del fluido. Debido a que normalmente no se pueden distinguir las partes viscosas y no viscosas este fluido es difcil de analizar. Fluido supersnico: 1.2 < Ma 3. Normalmente hay ondas de choque pero ya no hay regiones subsnicas. El anlisis de este fluido es menos complicado.

Fluido hipersnico: Ma > 3. Los fluidos a velocidades muy grandes causan un calentamiento considerablemente grande en las capas cercanas a la frontera del fluido, causando disociacin de molculas y otros efectos qumicos.TEOREMA DE TORRICELLILa velocidad del chorro que sale por un nico agujero en un recipiente es directamenteproporcional a la raz cuadrada de dos veces el valor de la aceleracin de la gravedadmultiplicada por la altura a la que se encuentra el nivel del fluido a partir del agujero.

Donde: es lavelocidadterica del lquido a la salida del orificio es la velocidad de aproximacin. es ladistanciadesde la superficie del lquido al centro del orificio. es laaceleracin de la gravedadBIBLIOGRAFAMott, R. (1996). Mecnica de Fluidos aplicada (Cuarta ed.). Mexico: Prentice Hall Hispanoamerica. Recuperado el 22 de Octubre de 2014White, F. (2003). Mecnica de Fluidos (Quitna ed.). Madrid: McGRAW-HILL. Recuperado el 22 de Octubre de 2014

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