La Mecánica De Fluidos.docx

La mecánica de fluidos: ¿Qué es un fluido? Un fluido es todo cuerpo que tiene la propiedad de fluir, y carece de rigidez y elasticidad, y en consecuencia cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma y adoptando así la forma del recipiente que lo contiene. Los fluidos pueden ser líquidos o gases según la diferente intensidad de las fuerzas de cohesión existentes entre sus moléculas. Se clasifican según: 1. El estado de la materia: LIQUIDOS En los líquidos, las fuerzas intermoleculares permiten que las partículas se muevan libremente, aunque mantienen enlaces latentes que hacen que las sustancias en este estado presenten volumen constante o fijo. Cuando se vierte un líquido a un recipiente, el líquido ocupará el volumen parcial o igual al volumen del recipiente sin importar la forma de este último. Los líquidos son incompresibles debido a que su volumen no disminuye al ejercerle fuerzas muy grandes. Otra de sus propiedades es que ejercen presión sobre los cuerpos sumergidos en ellos o sobre las paredes del recipiente que los contiene. Esta presión se llama presión hidrostática. GASES Los gases, por el contrario, constan de partículas en movimiento bien separadas que chocan unas con otras y tratan de dispersarse, de tal modo que los gases no tienen forma ni volumen definidos. Y así adquieren la forma el recipiente que los contenga y tienden a ocupar el mayor volumen posible (son muy expandibles). Los gases son compresibles; es decir, su volumen disminuye cuando sobre ellos se aplican fuerzas. Por ejemplo, cuando se ejerce fuerza sobre el émbolo de una jeringa. 2. Según su viscosidad y esfuerzo cortante: FLUIDOS NEWTONIANOS Son fluidos cuya viscosidad puede considerarse constante. Los fluidos newtonianos son uno de los fluidos más sencillos de describir. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua. Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.

FLUIDOS NO NEWTONIANOS Aquellos cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano. Aunque el concepto de viscosidad se usa habitualmente para caracterizar un material, puede resultar inadecuado para describir el comportamiento mecánico de algunas sustancias, en concreto, los fluidos no newtonianos. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades reológicas, propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuerzo y los tensores de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante. Un ejemplo barato y no tóxico de fluido no newtoniano puede hacerse fácilmente añadiendo maicena en una taza con agua. Se añade la maicena en pequeñas proporciones y se revuelve lentamente. Cuando la suspensión se acerca a la concentración crítica es cuando las propiedades de este fluido no newtoniano se hacen evidentes. La aplicación de una fuerza con la cucharilla hace que el fluido se comporte de forma más parecida a un sólido que a un líquido... Si se deja en reposo recupera su comportamiento como líquido. Algunas sustancias tienen fluidos no newtonianos. Entre ellos se incluye:     

Disoluciones jabonosas, y pasta de dientes. Comida, como mantequilla, queso, mermelada, ketchup, mayonesa, sopa, caramelo masticable y yogur. Sustancias naturales como el magma, la lava y extractos como el de vainilla. Fluidos biológicos como la sangre, la saliva, la mucosa y el líquido sinovial. Lodo y cemento, tipos de emulsión como la mayonesa

Se investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energía del impacto de la bala, a alta velocidad; pero permaneciendo flexibles si el impacto se produce a baja velocidad. Un ejemplo familiar de un fluido con el comportamiento contrario es la pintura. Se desea que fluya fácilmente cuando se aplica con el pincel y se le aplica una presión, pero una vez depositada sobre el lienzo se desea que no gotee.

Tipos de fluidos:

3. La velocidad de flujo regida por el número de Reynolds: LAMINAR (R<2000) Se caracteriza por que el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos paralelas entre sí, las cuales se deslizan suavemente unas sobre la otras, sin que exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas. TRANSICION (2000>R<4000) Aquí no se sabe con exactitud qué tipo de fluido predomina más, ya que se comporta como fluido laminar y turbulento, es decir, se encuentran placas laminares en conjunto con pequeñas irregularidades o torbellinos en el mismo. Por eso el nombre de transición. TURBULENTO (R>4000) Es el tipo de fluido más usado en ingeniería. En este tipo de flujo las partículas de fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular, pero a una escala mayor.

FLUIDO IDEAL: Se llama fluido ideal, a un fluido de viscosidad nula, incompresible y deformable cuando es sometido a tensiones cortantes por muy pequeñas que éstas sean. Propiedades generales de un fluido VISCOSIDAD La viscosidad es la propiedad que determina la medida de la fluidez a determinadas temperaturas. A más viscoso implica que menos fluye un fluido. Cuanto más viscoso es un fluido es más pastoso y menos se desliza por las paredes del recipiente. Podemos decir también que es la mayor o menor resistencia que ofrece un líquido para fluir libremente. A más resistencia a fluir más viscoso. Si existe una mayor viscosidad, el líquido fluye más lentamente. La temperatura influye en la viscosidad, a más temperatura menos viscoso es un fluido. El movimiento de los fluidos se puede ver ligeramente frenado por el rozamiento entre sus partículas en la dirección de su desplazamiento. Este fenómeno es mucho más importante en los líquidos que sufren una pérdida apreciable de energía y de presión a medida que se mueve por tuberías o canales. FLUIDEZ Es parecido a la viscosidad, pero lo contrario. Es una propiedad de líquidos y gases que se caracteriza por el constante desplazamiento de las partículas que los forman al aplicarles una fuerza. Los gases se expanden ocupando todo el volumen del recipiente que les contiene, ya que no disponen ni de volumen ni de forma propia. Por esta razón los recipientes deben estar cerrados. Los líquidos si mantienen su volumen, aunque adoptan la forma del recipiente hasta alcanzar un nivel determinado, por lo que pueden permanecer en un recipiente cerrado. DENSIDAD Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Se utiliza la letra griega ρ [Rho] para designarla. La densidad quiere decir que entre más masa tenga un cuerpo en un mismo volumen, mayor será su densidad. ρ = masa/volumen La unidad de densidad en el S.I. es el kg/m3. Los gases son muchos menos densos que los líquidos. Se puede variar la densidad de un gas modificando la presión o la temperatura en el interior del recipiente que lo contiene.

Los líquidos solo alteran ligeramente su densidad con los cambios de temperatura. La diferencia de densidad entre los líquidos puede impedir que se mezclen homogéneamente, flotando uno sobre el otro, como ocurre con el aceite y el agua. COMPRENSIBILIDAD Es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión. La posibilidad de comprimirse o expandirse dependiendo de la presión que se ejerce sobre un gas es una de las propiedades de mayor aplicación técnica de este tipo de fluidos. En el caso de los líquidos, aunque se aumente su presión, no se modifica su volumen de manera significativa, por lo que se consideran incompresibles. PRESION EN LOS FLUIDOS Un fluido almacenado en un recipiente ejerce una fuerza sobre sus paredes. Esta fuerza ejercida por unidad de superficie se denomina Presión. Se mide con el Manometro. Presión (p) = Fuerza (F)/ Superficie (S) La unidad de presión en el sistema internacional es el Pascal (Pa), que equivale a 1 newton por cada metro cuadrado. El problema es que el pascal es una unidad muy pequeña en comparación con los valores habituales de presión. Por este motivo se utilizan otras unidades como el bar o la atmósfera. 1atm = 101.300 Pa 1bar = 100.00 Pa Las fuerzas debidas a la presión del fluido actúan en dirección perpendicular a las paredes del recipiente en cada uno de sus puntos. - Los gases presionan con la misma intensidad sobre todos los puntos del recipiente. Su valor en condiciones naturales es pequeño debido a la baja densidad de los gases, aunque puede aumentar al comprimirlos. - La presión en los líquidos aumenta con la profundidad debido al peso del líquido que tiene por encima, por lo que la máxima presión se produce en el fondo del recipiente. - La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo (Principio de Pascal). Esto se utiliza por ejemplo en los sistemas de frenos. ¿Qué es carga de presión? La carga hidrostática o carga de presión es el peso de una columna de agua de una altura específica en la parte inferior de la columna. Se expresa como la “cabeza del pie” o

“cabezal medidor’. No depende de la cantidad de agua en la columna. Una columna de agua de 10 pies de alto tiene la misma carga de presión con independencia del diámetro de la columna. ¿Qué es la mecánica de fluidos? Es el estudio del comportamiento de los fluidos, ya sea que estén en reposos (estática de fluidos) o en movimiento (dinámica de fluidos).