Actividad 2 De Electiva Ll.docx

ACTIVIDAD 2 MECÁNICA DE LOS FLUIDOS

ESTUDIANTES ARIZA LORE YULIANA ESTER GARCIA PESTANA KATERINE ROSA SANCHEZ ALVAREZ MARLISE ELENA VARGAS TORRES KEVIN DAVID

DOCENTE ROSA MERCEDES VALDIRIS

TECNOLOGIA CONTROL DE CALIDAD 5 SEMESTRE 1 SECCION

CARTAGENA DE INDIAS 2019

1. HIDROESTÁTICA E HIDRODINÁMICA. La estática de fluidos estudia el equilibrio de gases y líquidos. A partir de los conceptos de densidad y de presión, se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática, a través del principio de Pascal y el de Arquímedes. Además los gases, a diferencia de los líquidos, pueden comprimirse; debido a esto el estudio de ambos tipos de fluidos tienen algunas características diferentes. Cabe resaltar que en la atmósfera se crean los fenómenos de presión y de empuje que pueden ser estudiados de acuerdo con los principios de la estática de gases. Para entender el concepto de hidrostática o estática de fluidos, se entiende por fluido un estado de la materia en el que la forma de los cuerpos no es constante, sino que se adapta a la del recipiente que los contiene. Puesto que la materia fluida puede ser trasvasada de un recipiente a otro, es decir, tiene la capacidad de fluir. Ahora bien, los líquidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes de fluidos. Los primeros tienen un volumen constante que no se puede modificar apreciablemente por compresión; por ello se consideran fluidos incompresibles. Los segundos no tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que los contiene; son fluidos compresibles porque, a diferencia de los líquidos, sí pueden ser comprimidos. El estudio de los fluidos en equilibrio constituye el objeto de la estática de fluidos, una parte de la física que comprende la hidrostática o estudio de los líquidos en equilibrio, y la aerostática o estudio de los gases en equilibrio y en particular del aire. La ecuación fundamental de la hidrostática de fluido incomprensible es válida para todo fluido ideal y real: 𝑃 + 𝑧𝑔 = 𝐶 𝜌 Para el grafico de presiones es necesario aplicar entre el punto de la superficie libre y un punto cualquiera del líquido; la cual es expresada en presiones absolutas. Incluso la instrumentación de medida de presiones consiste en la transmisión a distancia de la medida y el registro de presiones, es muy frecuente tanto en los laboratorios como en la industria la verificación de procesos industriales, para determinar el estado de un gas, a partir de la temperatura, la salida y entrada de las máquinas. Según la naturaleza de presión medida se clasifican en:     

Instrumentos que miden la presión atmosférica 𝑝𝑎𝑚𝑏 Instrumentos de medida de presión relativa 𝑝𝑒 Instrumentos que miden la presión absoluta 𝑝𝑎𝑏𝑠 Instrumento para medir diferencias de presiones Instrumento para medir presiones muy pequeñas.

Por tanto, según el principio de funcionamiento consiste en equilibrar la fuerza originada por la presión que se quiere medir con otra fuerza, a saber con el peso de una columna de líquido en los piezómetros y manómetros de líquido, con un resorte en los manómetros clásicos o con la fuerza ejercida sobre la otra cara de un embolo en un manómetro de embolo. Por cierto, la diferencia entre los piezómetros de líquido y los manómetros de líquido consiste en que los piezómetros de líquido manométrico, y el líquido en el cual se mide la presión son uno mismo. Cabe resaltar, la ecuación fundamental de la hidrodinámica o ecuación de Bernoulli, por lo que abarcan las corrientes de línea, hilo y tubo de corriente. De tal manera que el estudio de movimientos se utilizan técnicas como: proyecto de oleoductos, redes de distribución de agua, conductos de sistemas de refrigeración, engrase de máquinas, flujo del agua y del vapor etc. En efecto, los movimientos de solidos rígidos, presentan una descomposición en el movimiento de traslación del centro de gravedad y de rotación del sólido. Sin embargo, este movimiento partículas obedece a la ley fundamental de la dinámica: 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 ∗ 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 Para esto, es necesario distinguir los regímenes de corriente como la corriente permanente que en cualquier punto del espacio por donde circula el fluido no varían con el tiempo las características de este. Al contrario de la corriente variable, ya que la velocidad de salida de un fluido disminuye, a medida que se va vaciando el depósito. Más aun la corriente uniforme, se refiere que en cualquier sección transversal a la corriente, la velocidad en puntos homólogos es igual a la magnitud y dirección. Por último, la corriente laminar que es la encargada de que los fluidos se muevan en láminas paralelas, y la turbulenta depende del influjo de la viscosidad. Por ende, las líneas de corrientes son utilizadas para la representación gráfica de fluidos llamados bidimensionales, aun asi pueden representarse mediante un plano. Debido a esto la velocidad no posee un componente normal al plano del dibujo, y la configuración de corriente en todos los planos al dibujo es idéntico. Existen otros términos relacionados con la hidrodinámica como caudal; referida al volumen de un fluido por unidad de tiempo, que pasa a través de una sección transversal a la corriente. Por esta razón, la ecuación de dimensiones de un fluido es la siguiente: [𝑄] = [𝐿]3 [𝑇]-1 1𝑄 = 1𝑚3/seg, SI A partir de esto, existe la ecuación de continuidad, la cual va encaminada a hilos de corriente, con una caracterización de que no entra ni sale fluido lateral, debido a la velocidad tangencial al hilo, lo cual quiere decir que la corriente es estacionaria. Asimismo, no se crea ni se destruye la masa, ni existe una evaluación o dilución, de ahí que se supone el aumento o disminución de la densidad del fluido en dicha sección lo que

es imposible en régimen permanente. La ecuación de continuidad para fluido comprensible e incomprensible y un hilo de corriente es el siguiente: 𝐶 1 d𝐴1 = c2𝑑𝐴2 = 𝐶 3 𝑑𝐴3 = C Es más, solo en fluido incomprensible el caudal volumétrico que traviesa una sección transversal cualquiera de un filamento de corriente es constante. De esta manera las fuerzas que actúan sobre un fluido son la fuerza de gravedad, la fuerza causada por diferencia de presiones, la fuerza de viscosidad y elasticidad. La clasificación de los fluidos incomprensibles; los cuales se simplifican por la mecánica de fluido comprensible, por lo que no se ocupa de su transformación en otras formas de energía, perteneciendo al dominio de la termodinámica, no se ocupa de la energía atómica liberada en la fisión o fusión de átomo, de energía química o absorbida. Al contrario, se ocupa solo de las tres formas de energía de fluido: energía potencial geodésica, energía de presión y cinética. Finalmente, la hidrodinámica es de primordial importancia; debido a que trata sobre la ley de la conservación de la energía, pues señala la suma de energía cinética, potencial y de presión en un líquido en movimiento en un punto determinado es igual a la de otro punto. Con respecto a hidrostática, ya que esta busca estudiar los fenómenos asociados a los fluidos que se encuentran en un contenedor. 2. APLICACIONES DE LA ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS La Ingeniería de Fluidos envuelve un amplio rango de aplicaciones que tienen en común la manipulación artificial de los fluidos en beneficio del hombre o del medioambiente. Tales aplicaciones van desde la distribución del agua para riego o consumo humano, la disposición de desechos líquidos, la explotación de aguas subterráneas, la regulación del cauce de los ríos, la protección de la línea costera, la generación de energía eléctrica, los procesos de transporte de líquidos y gases en las industrias, los procesos naturales atmosféricos u oceánicos, hasta la construcción de vehículos terrestres, acuáticos o aéreos. De esta manera, la ingeniería de fluidos puede dividirse en los siguientes campos de aplicación: Hidráulica: Planeamiento, diseño y construcción de soluciones de ingeniería a problemas de los recursos hídricos, superficiales, subterráneos y marítimos que emergen en el ambiente natural y en el aprovechamiento artificial de dichos recursos. Diseño y construcción de controles y transmisiones hidráulicos que utilizan aceites derivados del petróleo y líquidos sintéticos como fluido de trabajo. Neumática: Diseño y construcción de controles neumáticos, transmisión neumática, compresoras y máquinas neumáticas que trabajan con aire comprimido. Aeronáutica: Aplicación de la aerodinámica y tecnologías relativas al diseño, construcción y manejo de vehículos aéreos: Planeadores, aeronaves, helicópteros, cohetes y misiles.

Máquinas Térmicas: Aprovechamiento de fluidos con transferencia de calor y compresibilidad. Diseño de procesos y máquinas térmicas. Debido a que el agua se encuentra presente en casi todas las actividades desarrolladas por el hombre, es fácil comprender que la Hidráulica tenga muchas áreas de aplicación. Estas se pueden identificar atendiendo al conducto o cuerpo a través del cual discurre el fluido. Especialidad Hidráulica de Tuberías: Cálculo del transporte de fluidos en conductos a presión. Redes de distribución de agua, oleoductos. Hidráulica de Canales: Estudio del escurrimiento de agua en conductos abiertos a la atmósfera. Diseño de canales. Estructuras Hidráulicas: Diseño, construcción, cimentación operación mantenimiento de estructuras de toma, represamiento, conducción y medición.

y

Diseño de turbinas hidráulicas, bombas, ventiladores. Cavitación, flujo bifásico y flujo no permanente. También se puede subdividir la Hidráulica teniendo en cuenta las características geofísicas del medio en que se desarrolla la aplicación. Hidráulica Urbana: Suministro de agua potable, alcantarillado, tratamiento de aguas residuales, drenaje de aguas de lluvia y de aguas servidas. Control de la contaminación. Hidráulica Fluvial Estudio y control de procesos fluviales: Dinámica de ríos, transporte de sedimentos, morfología de ríos, estabilidad de canales, encauzamiento y protección de riberas. Hidráulica Subterránea: Explotación, monitoreo y recarga de acuíferos. Intrusión marina y control de la contaminación. Hidráulica Marítima: Morfología y protección de la línea costera. Estudio del oleaje, mareas, corrientes, sedimentación y contaminación. Diseños de puertos, rompeolas y estructuras en mar adentro. Estuarios. | Ecohidráulica: Estudia el efecto de los trabajos ingenieriles en los ecosistemas naturales, en términos de calidad de agua, contaminación y protección.

3. REALICE DIFERENCIAS ENTRE EL NÚMERO DE REYNOLDS, LOS PRINCIPIOS DE PASCAL, LA ECUACIÓN DE CONTINUIDAD, EL TEOREMA DE BERNOULLI Y EL EFECTO VENTURI.

DIFERENCIA ENTRE LOS TERMINOS TERMINOS

NUMERO DE REYNOLDS

El número de Reynolds (Re) se utiliza para conocer las características de un flujo. Es un valor adimensional, es decir que no tiene unidades. Se calcula por la siguiente formula: 𝜌∗𝑣∗𝐷 𝑅𝑒 = 𝑛 Donde: 𝑅𝑒 = Número de Reynolds (sin unidad) 𝐾𝑔 𝜌 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ( ⁄𝑚3 ) 𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (𝑚⁄𝑠) 𝐷 = 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑚) 𝑛 = 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎 (𝑃𝑎. 𝑠)

CONCEPTOS

Un número pequeño indica que el flujo es laminar, mientras que uno elevado indica que el flujo es turbulento. Existen diferentes criterios al enunciar los valores del número de Reynolds que indican el tipo de flujo. Para cañerías de sección circular, una posible descripción es la siguiente. 𝑅𝑒 < 2000 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑎 𝑢𝑛 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑙𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙

PRINCIPIO DE PASCAL Es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blas Pascal que se resume en la frase: “el incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incompresible, contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo”. Se calcula por la siguiente formula: 𝑃 = 𝑃0 + 𝜌𝑔ℎ Donde. 𝑃 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑃0 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝜌 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑔 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 ℎ = 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Se calcula por la siguiente formula:

2000 ≤ 𝑅𝑒 ≤ 4000 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑅𝑒 < 4000 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑎 𝑢𝑛 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑜𝑙𝑒𝑛𝑡𝑜

𝑃1 = 𝑃2 𝐹1 𝑃1 = 𝐴1

𝐹2 𝑃2 = 𝐴2

Donde: 𝐹 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 (𝑁 = 𝐾𝑔 ∗ 𝑚⁄𝑠 2 ) 𝐴 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑜 (𝜋 ∗ 𝑟 2 )

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD La ecuación de continuidad no es más que un caso particular del principio de conservación de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo de toda la conducción. Dado que el caudal es el producto de la superficie de una sección del conducto por la velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dos puntos de una misma tubería se debe cumplir que: 𝑄1 = 𝑄2 𝑄1 = 𝑆1 ∗ 𝑉1

𝑄1 = 𝑆2 ∗ 𝑉2

Donde: S = Es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto. V = Es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería. Se puede concluir que, puesto que el caudal debe mantenerse constante a lo largo de todo el conducto, cuando la sección disminuye, la velocidad del flujo aumenta en la misma proporción y viceversa.

TEOREMA DE BERNOULLI Es una aplicación directa del principio de conservación de energía. Con otras palabras, está diciendo que si el fluido no intercambia energía con el exterior (por medio de motores, rozamiento, térmica...) esta ha de permanecer constante. El teorema considera los tres únicos tipos de energía que posee el fluido que pueden cambiar de un punto a otro de la conducción. Estos tipos son; energía cinética, energía potencial gravitatoria y la energía debida a la presión de flujo (hidrostática). Veamos cada una de ellas por separado: Energía cinética (hidrodinámica): Debida a 1 la velocidad de flujo [ ∗ 𝑚 ∗ 𝑉 2 ] 2 Energía potencial gravitatoria: Debida a la altitud del fluido [𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ] Energía de flujo (hidrostática): Debida a la presión a la que está sometido el fluido. [𝑝𝑉] Por lo tanto, el teorema de Bernoulli se expresa de la siguiente forma: 1

( ∗ 𝑚 ∗ 𝑉 2 ) + (𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ) + 𝑝𝑉 = 𝑐𝑡𝑒 2

Donde: V: Es la velocidad de flujo del fluido en la sección considerada. g: Es la constante de gravedad. h: Es la altura desde una cota de referencia. p: Es la presión a lo largo de la línea de corriente del fluido (p minúscula). ρ: Es la densidad del fluido.

EFECTO DE VENTURI

El efecto Venturi es un fenómeno físico que consiste en que cuando un fluido en movimiento dentro de un tubo o conducto de determinada sección atraviesa una sección menor, inevitablemente este aumenta su velocidad. Al aumentar su velocidad se descubrió que disminuye su presión. A esto se lo llama efecto Venturi. 𝑉1 𝑃1 𝑉2 𝑃2 + + 𝑧1 = + + 𝑧2 2𝑔 𝑟 2𝑔 𝑟 𝑉 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎. 𝑔 Constante de gravedad 𝑃 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙í𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒. 𝑟 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 (𝑟 = 𝜌𝑔)𝐸𝑠𝑡𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑠𝑒 𝑎𝑠𝑢𝑚𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑙𝑜 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑠𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒.

4. EQUIPOS Y ACCESORIOS DE TRANSPORTE DE FLUIDOS. EQUIPOS  conducciones construidas a base de (acero inoxidable, hierro forjado, fundición, cobre, plomo, amianto, plástico, cemento, etc.)  -

Conexiones: Uniones roscadas: (macho-hembra) Uniones soldadas Unión mediante bridas

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Válvulas Válvulas de corte del flujo Válvulas de regulación Bombas Bombas de émbolo o de pistón Bombas de diafragma Bombas de ruedas dentadas Bomba de paletas Turbinas Compresores Ventiladores Soplantes

ACCESORIOS  -

CONDUCCIONES: Ramificaciones: tes y crucetas. Codos Manguitos Tapones ciegos Dispositivos para la expansión de tuberías