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Mecanica de los fluidos.ensayo[1]

Este documento presenta una introducción a la mecánica de fluidos. Define fluido, viscosidad, tensión de corte y esfuerzo cortante. Clasifica los fluidos en newtonianos y no newtonianos e identifica ejemplos de cada tipo. Explica factores que afectan la viscosidad como la temperatura. Concluye que la mecánica de fluidos estudia el comportamiento de fluidos en reposo y movimiento y tiene aplicaciones en diversas industrias e ingenierías.

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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Instituto Universitario Tecnológico del Estado Bolívar
Departamento: Mantenimiento
Mtto: 15
Ensayo
Facilitador: Participantes:
Gabriel Matos Dairibis Campos
David Lara
Elvis Aponte
Jesús Cardozo
Leonardo Malpica
Norka González
Ciudad bolívar, 08noviembre de 2010
Introducción
Actos tan cotidianos como tomar una ducha, respirar o beber agua, requieren necesariamente la
circulación de fluidos. El estudio de la mecánica de fluidos puede ayudarnos tanto para
comprender la complejidad del medio natural, como para mejorar el mundo que hemos creado. Si
bien la mecánica de fluidos esta siempre presente en nuestra vida cotidiana, lo que nos falta
conocer es como se expresa esta información en términos cuantitativos, o la manera en que se
diseñan sistemas con base en este conocimiento, mismos que se utilizaran para otros fines.
El conocer y entender los principios básicos de la mecánica de fluidos es esencial en el análisis y
diseño de cualquier y sistema en el cual el fluido es el elemento de trabajo. Hoy en día el diseño
de virtualmente todos los medios de transporte requiere la aplicación de la mecánica de fluidos.
Entre estos se incluyen tanto los aviones como maquinas terrestres, barcos, submarinos y
típicamente automóviles. El diseño de de sistemas de propulsión para vuelos especiales y cohetes
esta basado en los principios de la mecánica de fluidos.
También es bastante común realizar estudios en modelo reducido para determinar las fuerzas
aerodinámicas y estudiar el flujo alrededor de edificios, puentes y otras estructuras complejas. El
diseño de turbo maquinarias como bombas, hélices y turbinas de todo tipo requieren claramente
de conocimientos de mecánica de fluidos. La lubricación es también un área de aplicaciones
importantes. Los sistemas de calefacción y de ventilación, tanto de viviendas e industrias como
de construcciones subterráneas, túneles y otros, así como el diseño de sistemas de cañerías son
ejemplos en los cuales las técnicas de diseño están basadas en la mecánica de fluidos. Incluso el
sistema de circulación del cuerpo humano es un sistema fluido; de ahí que se de el diseño de
corazones artificiales, maquinas de diálisis, ayudas respiratorias y otros aparatos de este tipo
estén basados en los principios de la mecánica de fluidos. Esto ha dado origen a la aerodinámica
y la hidráulica dos ramas importantes de la mecánica de fluidos.
Mecánica de fluidos, es la parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o
en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La
mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o
hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de los
fluidos en movimiento
Definición de fluido.
Un fluido es una sustancia que puede fluir. Una definición más formal es: “un fluido es una
sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar
lo pequeño que sea dicho esfuerzo”. Así, un fluido es incapaz de resistir fuerzas o esfuerzos de
cizalla sin desplazarse, mientras que un sólido sí puede hacerlo.
El término fluido incluye a gases y líquidos. Hay fluidos que fluyen tan lentamente que se pueden
considerar sólidos (vidrio de las ventanas o el asfalto). Un líquido está sometido a fuerzas
intermoleculares que lo mantienen unido de tal forma que su volumen es definido pero su forma
no. Un gas, por otra parte, consta de partículas en movimiento que chocan unas con otras y tratan
de dispersarse de tal modo que un gas no tiene forma ni volumen definidos y llenará
completamente cualquier recipiente en el cual se coloque.
La tensión de corte.
De un fluido se desarrolla cuando este se encuentra en movimiento y su magnitud depende de la
viscosidad del fluido. Se puede definir a la tensión de corte como la fuerza requerida para deslizar
una capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia. La magnitud de
la tensión de corte es directamente proporcional al cambio de velocidad entre diferentes
posiciones del fluido en fluidos como el agua, el aceite, el alcohol o cualquier otro líquido
común.
Esfuerzo cortante
Es la componente de una fuerza tangente a una superficie. Sustancia que cambia su forma con
relativa facilidad, los fluidos incluyen tanto a los líquidos, que cambian de forma pero no de
volumen, como a los gases, los cuales cambian fácilmente de forma y de volumen.
Clasificación de los fluidos
Para el fluido newtoniano, la viscosidad es independiente del gradiente de velocidad, y puede
depender sólo de la temperatura y quizá de la presión. Para estos fluidos la viscosidad dinámica
es función exclusivamente de la condición del fluido. La magnitud del gradiente de velocidad no
influye sobre la magnitud de la viscosidad dinámica. Los fluidos newtonianos son la clase más
grande de fluidos con importancia ingenieril. Los gases y líquidos de bajo peso molecular
generalmente son fluidos newtonianos.
Ejemplo de fluidos newtoniano:
_ Agua
_ La mayoría de las soluciones de sal en agua
_ Suspensiones ligeras de tinte
_ Caolín (mezcla de arcilla)
_ Combustibles de gran viscosidad
_ Gasolina
_ Kerosene
_ La mayoría de los aceites del motor
_ La mayoría de los aceites mineral.
El fluido no newtoniano es aquel donde la viscosidad varía con el gradiente de velocidad. La
viscosidad el fluido no newtoniano depende de la magnitud del gradiente del fluido y de la
condición del fluido. Para los fluidos no newtonianos, la viscosidad se conoce generalmente
como viscosidad aparente para enfatizar la distinción con el comportamiento newtoniano.
Fluidos no newtonianos:
_ Arcilla.
_ Barro.
_ Alquitrán
_ Lodo de aguas residuales.
_ Aguas residuales digeridas.
_ Altas concentraciones de incombustible en aceite.
_ Soluciones termoplásticas del polímero.
Viscosidad absoluta:
Representa la viscosidad dinámica del líquido y es medida por el tiempo en que tarda en fluir a
través de un tubo capilar a una determinada temperatura. Sus unidades son el poise o centipoise
(gr/Seg Cm), siendo muy utilizada a fines prácticos.
Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de distancia,
cuando el espacio que los separa esta lleno con un fluido y uno de los planos se traslada con
velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también.
La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el pascal segundo (Pa.s) o
también newton segundo por metro cuadrado (N.s/m2), o sea kilogramo por metro segundo
(kg/ms): Esta unidad se conoce también con el nombre de poiseuille (Pl) en Francia, pero debe
tenerse en cuenta que no es la misma que el poise (P) descrita a continuación:
El poise es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y tiene dimensiones de dina
segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro cuadrado. El submúltiplo el
centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad más utilizada para expresar la viscosidad dinámica dado
que la mayoría de los fluidos poseen baja viscosidad. La relación entre el pascal segundo y el
centipoise es:
1Pa.s = 1 N.s/m2 = 1 kg/ (m.s) = 103 cP
1cP = 10-3 Pa.s
Factores de los cuales depende la viscosidad.
Líquido
Tiene un volumen definido, más no una forma definida.
Gas
No tiene ni volumen ni forma definidos.
Al aumentar la temperatura se aumenta la viscosidad de un gas, mientras que en un líquido
disminuye.
Propiedades de los fluidos.
Viscosidad:
Esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con oras, cuando un líquido fluye.
Por tal motivo, la viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que opone un
líquido a fluir. Si en un recipiente perforado en el centro se hacen fluir por separado miel, leche,
agua y alcohol, observamos que cada líquido fluye con rapidez distinta; mientras más viscoso es
un líquido, más tiempo tarda en fluir. En la industria la viscosidad se cuantifica en forma práctica,
utilizando recipientes como una determinada capacidad, que tienen un orificio de un diámetro
establecido convencionalmente.
Al medir el tiempo que el líquido tarda en fluir se conoce su viscosidad, para ello se usan tablas
que relacionan el tiempo de escurrimiento con la viscosidad.
La unidad de viscosidad en el Sistema Internacional es el poiseville definido como la viscosidad
que tiene un fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es
retardado por una fuerza de un newton por metro cuadrado de superficie de contacto con el
fluido, cuya velocidad respecto a la superficie es un metro por segundo.
1 poiseville= 1Ns = 1 kg
m² ms
Viscosidad cinemática:
Es la razón de viscosidad a densidad de masa. En el sistema internacional (SI) la unidad de
viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS correspondiente
es el Stokes (St), con dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el centistoke (cSt), 10-2
Stokes, que es el submúltiplo más utilizado.
1m2/s = 106 cSt
1cSt = 10-6 m2/s
Densidad:
La densidad es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su
unidad en el Sistema Internacional es el (kg/m3). La densidad es una magnitud intensiva (ρ= m/v)
donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del cuerpo. La Densidad de algunos
materiales varia de un punto a otro,(Un ejemplo de esto es la atmósfera terrestre la cual es menos
densa a mayor altitud), por lo tanto la densidad de un material puede variar por factores naturales
como la Presión y la Temperatura.
La densidad de una sustancia p expresa la masa contenida en la unidad de volumen. Su valor se
determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa:
P= masa en kg/m ³
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Mecanica de los fluidos.ensayo[1]

  • 1. República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior Instituto Universitario Tecnológico del Estado Bolívar Departamento: Mantenimiento Mtto: 15 Ensayo Facilitador: Participantes: Gabriel Matos Dairibis Campos David Lara Elvis Aponte Jesús Cardozo Leonardo Malpica Norka González Ciudad bolívar, 08noviembre de 2010
  • 2. Introducción Actos tan cotidianos como tomar una ducha, respirar o beber agua, requieren necesariamente la circulación de fluidos. El estudio de la mecánica de fluidos puede ayudarnos tanto para comprender la complejidad del medio natural, como para mejorar el mundo que hemos creado. Si bien la mecánica de fluidos esta siempre presente en nuestra vida cotidiana, lo que nos falta conocer es como se expresa esta información en términos cuantitativos, o la manera en que se diseñan sistemas con base en este conocimiento, mismos que se utilizaran para otros fines. El conocer y entender los principios básicos de la mecánica de fluidos es esencial en el análisis y diseño de cualquier y sistema en el cual el fluido es el elemento de trabajo. Hoy en día el diseño de virtualmente todos los medios de transporte requiere la aplicación de la mecánica de fluidos. Entre estos se incluyen tanto los aviones como maquinas terrestres, barcos, submarinos y típicamente automóviles. El diseño de de sistemas de propulsión para vuelos especiales y cohetes esta basado en los principios de la mecánica de fluidos. También es bastante común realizar estudios en modelo reducido para determinar las fuerzas aerodinámicas y estudiar el flujo alrededor de edificios, puentes y otras estructuras complejas. El diseño de turbo maquinarias como bombas, hélices y turbinas de todo tipo requieren claramente de conocimientos de mecánica de fluidos. La lubricación es también un área de aplicaciones importantes. Los sistemas de calefacción y de ventilación, tanto de viviendas e industrias como de construcciones subterráneas, túneles y otros, así como el diseño de sistemas de cañerías son ejemplos en los cuales las técnicas de diseño están basadas en la mecánica de fluidos. Incluso el sistema de circulación del cuerpo humano es un sistema fluido; de ahí que se de el diseño de corazones artificiales, maquinas de diálisis, ayudas respiratorias y otros aparatos de este tipo estén basados en los principios de la mecánica de fluidos. Esto ha dado origen a la aerodinámica y la hidráulica dos ramas importantes de la mecánica de fluidos. Mecánica de fluidos, es la parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de los fluidos en movimiento
  • 3. Definición de fluido. Un fluido es una sustancia que puede fluir. Una definición más formal es: “un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeño que sea dicho esfuerzo”. Así, un fluido es incapaz de resistir fuerzas o esfuerzos de cizalla sin desplazarse, mientras que un sólido sí puede hacerlo. El término fluido incluye a gases y líquidos. Hay fluidos que fluyen tan lentamente que se pueden considerar sólidos (vidrio de las ventanas o el asfalto). Un líquido está sometido a fuerzas intermoleculares que lo mantienen unido de tal forma que su volumen es definido pero su forma no. Un gas, por otra parte, consta de partículas en movimiento que chocan unas con otras y tratan de dispersarse de tal modo que un gas no tiene forma ni volumen definidos y llenará completamente cualquier recipiente en el cual se coloque. La tensión de corte. De un fluido se desarrolla cuando este se encuentra en movimiento y su magnitud depende de la viscosidad del fluido. Se puede definir a la tensión de corte como la fuerza requerida para deslizar una capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia. La magnitud de la tensión de corte es directamente proporcional al cambio de velocidad entre diferentes posiciones del fluido en fluidos como el agua, el aceite, el alcohol o cualquier otro líquido común. Esfuerzo cortante Es la componente de una fuerza tangente a una superficie. Sustancia que cambia su forma con relativa facilidad, los fluidos incluyen tanto a los líquidos, que cambian de forma pero no de volumen, como a los gases, los cuales cambian fácilmente de forma y de volumen. Clasificación de los fluidos Para el fluido newtoniano, la viscosidad es independiente del gradiente de velocidad, y puede depender sólo de la temperatura y quizá de la presión. Para estos fluidos la viscosidad dinámica es función exclusivamente de la condición del fluido. La magnitud del gradiente de velocidad no influye sobre la magnitud de la viscosidad dinámica. Los fluidos newtonianos son la clase más grande de fluidos con importancia ingenieril. Los gases y líquidos de bajo peso molecular generalmente son fluidos newtonianos.
  • 4. Ejemplo de fluidos newtoniano: _ Agua _ La mayoría de las soluciones de sal en agua _ Suspensiones ligeras de tinte _ Caolín (mezcla de arcilla) _ Combustibles de gran viscosidad _ Gasolina _ Kerosene _ La mayoría de los aceites del motor _ La mayoría de los aceites mineral. El fluido no newtoniano es aquel donde la viscosidad varía con el gradiente de velocidad. La viscosidad el fluido no newtoniano depende de la magnitud del gradiente del fluido y de la condición del fluido. Para los fluidos no newtonianos, la viscosidad se conoce generalmente como viscosidad aparente para enfatizar la distinción con el comportamiento newtoniano. Fluidos no newtonianos: _ Arcilla. _ Barro. _ Alquitrán _ Lodo de aguas residuales. _ Aguas residuales digeridas. _ Altas concentraciones de incombustible en aceite. _ Soluciones termoplásticas del polímero. Viscosidad absoluta: Representa la viscosidad dinámica del líquido y es medida por el tiempo en que tarda en fluir a través de un tubo capilar a una determinada temperatura. Sus unidades son el poise o centipoise (gr/Seg Cm), siendo muy utilizada a fines prácticos. Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de distancia, cuando el espacio que los separa esta lleno con un fluido y uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también.
  • 5. La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el pascal segundo (Pa.s) o también newton segundo por metro cuadrado (N.s/m2), o sea kilogramo por metro segundo (kg/ms): Esta unidad se conoce también con el nombre de poiseuille (Pl) en Francia, pero debe tenerse en cuenta que no es la misma que el poise (P) descrita a continuación: El poise es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y tiene dimensiones de dina segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro cuadrado. El submúltiplo el centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad más utilizada para expresar la viscosidad dinámica dado que la mayoría de los fluidos poseen baja viscosidad. La relación entre el pascal segundo y el centipoise es: 1Pa.s = 1 N.s/m2 = 1 kg/ (m.s) = 103 cP 1cP = 10-3 Pa.s Factores de los cuales depende la viscosidad. Líquido Tiene un volumen definido, más no una forma definida. Gas No tiene ni volumen ni forma definidos. Al aumentar la temperatura se aumenta la viscosidad de un gas, mientras que en un líquido disminuye. Propiedades de los fluidos. Viscosidad: Esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con oras, cuando un líquido fluye. Por tal motivo, la viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir. Si en un recipiente perforado en el centro se hacen fluir por separado miel, leche, agua y alcohol, observamos que cada líquido fluye con rapidez distinta; mientras más viscoso es un líquido, más tiempo tarda en fluir. En la industria la viscosidad se cuantifica en forma práctica, utilizando recipientes como una determinada capacidad, que tienen un orificio de un diámetro establecido convencionalmente.
  • 6. Al medir el tiempo que el líquido tarda en fluir se conoce su viscosidad, para ello se usan tablas que relacionan el tiempo de escurrimiento con la viscosidad. La unidad de viscosidad en el Sistema Internacional es el poiseville definido como la viscosidad que tiene un fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es retardado por una fuerza de un newton por metro cuadrado de superficie de contacto con el fluido, cuya velocidad respecto a la superficie es un metro por segundo. 1 poiseville= 1Ns = 1 kg m² ms Viscosidad cinemática: Es la razón de viscosidad a densidad de masa. En el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS correspondiente es el Stokes (St), con dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el centistoke (cSt), 10-2 Stokes, que es el submúltiplo más utilizado. 1m2/s = 106 cSt 1cSt = 10-6 m2/s Densidad: La densidad es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el (kg/m3). La densidad es una magnitud intensiva (ρ= m/v) donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del cuerpo. La Densidad de algunos materiales varia de un punto a otro,(Un ejemplo de esto es la atmósfera terrestre la cual es menos densa a mayor altitud), por lo tanto la densidad de un material puede variar por factores naturales como la Presión y la Temperatura. La densidad de una sustancia p expresa la masa contenida en la unidad de volumen. Su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa: P= masa en kg/m ³ Volumen
  • 7. Peso especifico: El Peso de una sustancia se define como el peso por unidad de volumen. Se calcula al dividir el peso de la sustancia entre el volumen que esta ocupa. En el sistema métrico decimal, se mide en kilopondios por metro cúbico (kp/m³). En el Sistema Internacional de Unidades, en newton por metro cúbico (N/m³). Pe= P V Donde: Pe= peso específico de la sustancia en N/m ³ P=peso de la sustancia en newton (N) V= volumen que ocupa en metros cúbicos (m³).
  • 8. Conclusión La Mecánica de Fluidos es una ciencia especializada en el estudio del comportamiento de los fluidos en reposo y en movimiento, y es parte fundamental del plan de estudios de muchas ciencias e ingenierías porque proporciona los fundamentos y herramientas necesarios para explicar y evaluar procesos y mecanismos, así como para diseñar equipos y estructuras que trabajan con fluidos en diversas áreas tecnológicas. La Mecánica de Fluidos envuelve un amplio rango de aplicaciones que tienen en común el aprovechamiento adecuado de los fluidos en beneficio del hombre o del medio ambiente. Tales aplicaciones van desde el transporte de líquidos y gases en las industrias, la distribución de agua en las ciudades, la disposición de desechos líquidos, la generación de energía eléctrica, la explotación de aguas subterráneas, la conducción de agua para riego, la regulación del cauce de ríos, la protección de la línea costera, el transporte mediante vehículos terrestres, acuáticos y aéreos, hasta los equipos de diálisis y de respiración artificial. La mecánica de fluidos es capaz de explicar y predecir el comportamiento y respuesta de los fluidos a las diversas situaciones encontradas en la realidad; además, está capacitado para realizar diseños y soluciones de ingeniería, desarrollar investigación aplicada y, gracias a su sólida base en ciencias físicas y matemáticas, realizar transferencia tecnológica; es decir, interpretar, adaptar y aplicar la tecnología a la realidad nacional.