Cantidad De Movimiento

Introducción

La mecánica de fluidos es una rama de la física, que estudia las características y las causas del movimiento de los sistemas materiales denominados fluidos, los cuales se definen por comportarse como medios continuos y por deformarse continuamente bajo la acción de esfuerzos de corte.

Cuando hablamos de que el fluido se comporta como medio continuo, nos referimos a que no interesa el análisis del movimiento individual de las moléculas y las discontinuidades asociadas a la estructura, sino que se considera una sustancia infinitamente indivisible. En la mayor parte de las aplicaciones de ingeniería lo que interesa son los efectos macroscópicos de un gran número de moléculas: estos son los que percibimos y medimos.

Como una consecuencia de esta idealización, se considera que cada propiedad del fluido tiene un valor definido en cada punto del espacio. Por ello, la densidad, temperatura, velocidad, etc., se consideran como funciones continuas de la posición y el tiempo.

ρ=ρ(x,y,z,t) T=T(x,y,z,t) v ⃗=v ⃗(x,y,z,t)

Un sistema material puede considerarse un medio continuo si el cociente entre el camino libre medio de las moléculas (relacionado con la estructura molecular del fluido y las discontinuidades presentes en el mismo) y la longitud característica del sistema físico, es mucho menor que la unidad, es decir,

K_n=λ/L≪1

Siendo:

: Número de Knudsen

: Camino libre medio

: Longitud característica del sistema físico

El número de Knudsen, depende del tipo de fluido y del sistema físico por donde fluya. Así, puede darse el caso que en la difusión de un gas en un sólido, por ejemplo, el gas puede ser considerado como un medio continuo, o no, dependiendo del tamaño del poro del sólido por el cual difunde. Si el poro es muy chico de manera tal de que el n° de Knudsen no sea mucho menor que 1, no se pueden despreciar los efectos debidos a la naturaleza molecular de la materia y debe utilizarse la mecánica estadística para predecir el comportamiento del gas.

En los líquidos, es mucho más difícil encontrar ejemplos donde la naturaleza molecular de la materia tenga influencia en el movimiento. Esto se debe a que el camino libre medio de las moléculas en los líquidos es mucho menor que en los gases.

Los principios fundamentales que se aplican al análisis del flujo de fluidos son las leyes de conservación: de la masa, de la energía (primer principio de la termodinámica) y de la cantidad de movimiento (segunda ley de Newton). Además, en la práctica resultan indispensables las leyes del análisis dimensional, las ecuaciones constitutivas de los fluidos y el segundo principio de la termodinámica.

El balance de cantidad de movimiento es particularmente útil en ingeniería de procesos, debido a que de él se pueden obtener los perfiles de velocidad de los fluidos, y se puede conocer como fluyen en un reactor o en un lecho de partículas, por citar algunos ejemplos.

Además, este balance permite determinar la fuerza que los fluidos ejercen sobre las cañerías. Esta fuerza se hace más significativa en los cambios de dirección del fluido, y resulta útil para conocer la fuerza con que se deben sujetar las mismas.

El balance es igualmente útil para otras ingenierías, como ser, la mecánica o la civil, pues, a partir de este se basa el diseño de piezas mecánicas o construcciones civiles.

En este trabajo práctico se estudia el problema del impacto de un chorro de agua sobre una superficie estacionaria, utilizando un equipo compuesto por un accesorio de impacto y un banco de hidráulica.

Descripción del Trabajo Práctico

En este trabajo práctico se estudia el problema del impacto de un chorro de agua sobre una superficie estacionaria, utilizando un equipo compuesto por un accesorio de impacto y un banco de hidráulica. El accesorio de impacto se muestra a continuación:

Está compuesto por un cuerpo cilíndrico transparente de acrílico, provisto de un nivel horizontal. El agua se introduce a través de una boquilla y se descarga verticalmente para impactar sobre un deflector montado sobre un vástago que se extiende a través de la tapa del cilindro y en cuyo extremo se encuentra un platillo de pesaje, sobre el cual se coloca un conjunto de pesas: Cuando el chorro de agua es tal que vuelve el platillo a su nivel inicial, la fuerza ejercida por el chorro es igual al peso aplicado sobre el platillo. Los deflectores disponibles son de:

180° (semiesférico)

120°

90° (plano)

30°

El diámetro de la boquilla es de 8 mm, la distancia entre la boquilla y el deflector de 20 mm y el Diámetro de los deflectores es de 36 mm.

Por otro lado, el banco de hidráulica consiste en una bomba, una válvula para poder controlar el caudal, un tanque de alimentación y un depósito de medición volumétrica, como se indica en la figura 2:

El equipo tiene incorporado un sistema de medición volumétrica, con un tanque escalonado, un tubo transparente indicador de nivel y

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