Ensayo Cinemática de Fluidos

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Ingeniería en Minas y Metalurgia

Hidráulica l

Ensayo Cinemática de Fluidos

Segundo Parcial

Fecha de entrega: 3/26/2021

CINEMATICA DE LOS FLUIDOS

Cinemática de los fluidos, ¿En qué consiste la cinemática de los fluidos, qué importancia tiene en la vida cotidiana y cómo se pueden estudiar dichos fenómenos?

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 está 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 está 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 dé el diseño de corazones artificiales, máquinas 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 Volumen

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