miércoles, 16 de febrero de 2011

presentacion de dinamica de los fluidos




http://www.scribd.com/doc/49030034/DINAMICA-DE-FLUIDOS

INTRODUCCIÓN

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 es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.
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. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamientode los gases cuando los cambios de velocidad y presiónson lo suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad.
Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresoresy las bombas. La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.

DINÁMICA DE FLUIDOS O HIDRODINÁMICA

Esta rama de la mecánica de fluidos se ocupa de las leyes de los fluidos en movimiento; estas leyes son enormemente complejas, y aunque la hidrodinámica tiene una importancia práctica mayor que la hidrostática, sólo podemos tratar aquí algunos conceptos básicos.

Fluidos ideales

El movimiento de un fluido real es muy complejo. Para simplificar su descripción consideraremos el comportamiento de un fluido ideal cuyas características son las siguientes:
1.-Fluido no viscoso. Se desprecia la fricción interna entre las distintas partes del fluido
2.-Flujo estacionario. La velocidad del fluido en un punto es constante con el tiempo
3.-Fluido incompresible. La densidad del fluido permanece constante con el tiempo
4.-Flujo irrotacional. No presenta torbellinos, es decir, no hay momento angular del fluido respecto de cualquier punto.

Flujos incompresibles y sin rozamiento

Estos flujos cumplen el llamado teorema de Bernoulli, enunciado por el matemático y científico suizo Daniel Bernoulli. El teorema afirma que la energía mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es constante a lo largo de una línea de corriente. Las líneas de corriente son líneas de flujo imaginarias que siempre son paralelas a la dirección del flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partículas individuales de fluido. El teorema de Bernoulli implica una relación entre los efectos de la presión, la velocidad y la gravedad, e indica que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye. Este principio es importante para la medida de flujos, y también puede emplearse para predecir la fuerza de sustentación de un ala en vuelo.

Flujos viscosos: movimiento laminar y turbulento

Los primeros experimentos cuidadosamente documentados del rozamiento en flujos de baja velocidad a través de tuberías fueron realizados independientemente en 1839 por el fisiólogo francés Jean Louis Marie Poiseuille, que estaba interesado por las características del flujo de la sangre, y en 1840 por el ingeniero hidráulico alemán Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen. El primer intento de incluir los efectos de la viscosidad en las ecuaciones matemáticas se debió al ingeniero francés Claude Louis Marie Navier en 1827 e, independientemente, al matemático británico George Gabriel Stokes, quien en 1845 perfeccionó las ecuaciones básicas para los fluidos viscosos incompresibles. Actualmente se las conoce como ecuaciones de Navier-Stokes, y son tan complejas que sólo se pueden aplicar a flujos sencillos. Uno de ellos es el de un fluido real que circula a través de una tubería recta. El teorema de Bernoulli no se puede aplicar aquí, porque parte de la energía mecánica total se disipa como consecuencia del rozamiento viscoso, lo que provoca una caída de presión a lo largo de la tubería. Las ecuaciones sugieren que, dados una tubería y un fluido determinados, esta caída de presión debería ser proporcional a la velocidad de flujo.

Dinámica de fluidos

La respuesta corta es que un fluído es un gas, un líquido o un plasma.
Técnicamente, esto significa que un fluido es algo que no puede sostener tensión de esquileo. Esto suena más complicado de lo que es. Tensión de esquileo es cuando tratas de empujar un objeto en direcciones diferentes, sin doblarlo. Por ejemplo, imagina que sobre una mesa frente tuyo hay un lapicero y su punta ve en dirección opuesta a tí. Ahora imaginemos que empujas la punta del lapicero hacia la izquierda y la parte inferior hacia la derecha. Acabas de aplicar tensión de esquileo. Ahora la punta del lapicero se encuentra de lado (apuntando hacia la izquierda).

DEFINICION DE FLUIDO

Para clasificar a los materiales que se encuentran en la naturalezase pueden utilizar diversos criterios. Desde el punto de vista de la ingeniería, uno de los más interesantes lo constituye aquel que considera el comportamiento de los elementos frente a situaciones especiales. De acuerdo a ello se definen los estados básicos de sólido, plástico, fluidos y plasma. De aquí la de definición que nos interesa es la de fluidos, la cual se clasifica en líquidos y gases.
La clasificación de fluidos mencionada depende fundamentalmente del estadoy no del material en si. De esta forma lo que define al fluido es su comportamiento y no su composición. Entre las propiedades que diferencian el estado de la materia, la que permite una mejor clasificaron sobre le punto de vista mecánico es la que dice la relación con la forma en que reacciona el material cuando se le aplica una fuerza.
Los fluidos reaccionan de una manera característica a las fuerzas. Si se compara lo que ocurre a un sólido y a un fluido cuando son sometidos a un esfuerzo de corte o tangencial se tienen reacciones características que se pueden verificar experimentalmente y que permiten diferenciarlos.
Con base al comportamiento que desarrollan los fluidos se definen de la siguiente manera: "Fluido es una sustancia que se deforma continuamente, o sea se escurre, cuando esta sometido a un esfuerzo de corte o tangencial". De esta definición se desprende que un fluido en reposo no soporta ningún esfuerzo de corte.

Valores típicos de las propiedades de fluidos más usuales

Propiedad
Designación
Unidades
Valores
Agua
Aire
Masa especifica
Viscosidad
Calor especifico
Presión de vapor (20°)
Tensión Superficial
P
ß
Cp
Pv
ŏ
kg/m3
g/ms
J/kg°K
bar
mN/m
1.000
1,0
4.200
0,023
72,8
1,2
0,02
1.008
-
-


PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Los fluidos, como todos los materiales, tienen propiedades físicas que permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento así como distinguirlos de otros. Algunas de estas propiedades son exclusivas de los fluidos y otras son típicas de todas las sustancias. Características como la viscosidad, tensión superficial y presión de vapor solo se pueden definir en los líquidos y gasas. Sin embargo la masa específica, el peso específico y la densidadson atributos de cualquier materia

Masa especifica, peso específico y densidad


Se denomina masa específica a la cantidad de materia por unidad de volumen de una sustancia. Se designa por P y se define: P = lim ( m/ v)
v->0


Presión de vapor

Los fluidos en fase liquida o gaseosa dependiendo de las condiciones en que se encuentren. Las sustancias puras pueden pasar por las cuatro fases, desde sólido a plasma, según las condiciones de presión y temperatura a que estén sometidas. Se acostumbra designar líquidos a aquellos materias que bajo las condicione normales de presión y temperatura en que se encuentran en la naturaleza están en esa fase.

Tensión superficial

Se ha observado que entre la interfase de dos fluidos que no se mezclan se comportan como si fuera una membrana tensa. La tensión superficial es la fuerza que se requiere para mantener en equilibriouna longitud unitaria de esta película. El valorde ella dependerá de los fluidos en contacto y de la temperatura. Los efectos de la superficial solo apreciables en fenómenos de pequeñas dimensiones, como es el caso de tubos capilares, burbujas, gotas y situaciones similares.


El peso específico corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen. Se designa por ß. La masa y el peso específico están relacionados por
ß = gP

Donde g representa la intensidad del campo gravitacional

Se denomina densidad a la relación que exista entre la masa específica de una sustancia cualquiera y una sustancia de referencia. Para los líquidos se utiliza la masa especifica del agua a 4°C como referencia, que corresponde a 1g/cm3 y para los gases se utiliza al airecon masa especifica a 20°C 1 1,013 bar de presión es 1,204 kg/m3

Viscosidad

La viscosidad es una propiedad distintiva de los fluidos. Esta ligada a la resistenciaque opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le somete a un esfuerzo de corte. Esta propiedad es utilizada para distinguir el comportamiento entre fluidos y sólidos. Además los fluidos pueden ser en general clasificados de acuerdo a la relación que exista entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de deformación.

Supóngase que se tiene un fluido entre dos placas paralelas separada a una distancia pequeña entre ellas, una de las cuales se mueve con respecto de la otra. Esto es lo que ocurre aproximadamente en un descanso lubricado. Para que la palca superior se mantenga en movimiento con respecto ala inferior, con una diferencia de velocidades V, es necesario aplicar una fuerza F, que por unidad se traduce en un esfuerzo de corte, ŋ = F / A, siendo A el área de la palca en contacto con el fluido. Se puede constatar además que el fluido en contacto con la placa inferior, que esta en reposo, se mantiene adherido a ella y por lo tanto no se mueve. Por otra parte, el fluido en contacto con la placa superior se mueve ala misma velocidad que ella. Si el espesor del fluido entre ambas placas es pequeño, se puede suponer que la variación de velocidades en su interior es lineal, de modo que se mantiene la proporción:

dv/ dy = v/y
Compresibilidad

La compresibilidad representa la relación entre los cambios de volumen y los cambios de presión a que esta sometido un fluido. Las variaciones de volumen pueden relacionarse directamente con variaciones de la masa específica si la cantidad de masa permanece constante. En general se sabe que en los fluidos la masa especifica depende tanto de la presión como de la temperatura de acuerdo a al ecuación de estado

PRINCIPIO DE ARQUIMIDES

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo. Esto explica por qué flota un barco muy cargado; el peso del agua desplazada por el barco equivale a la fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote

El punto sobre el que puede considerarse que actúan todas las fuerzas que producen el efecto de flotación se llama centro de flotación, y corresponde al centro de gravedad del fluido desplazado. El centro de flotación de un cuerpo que flota está situado exactamente encima de su centro de gravedad. Cuanto mayor sea la distancia entre ambos, mayor es la estabilidad del cuerpo

El principio de Arquímedespermite determinar la densidad de un objeto cuya forma es tan irregular que su volumen no puede medirse directamente. Si el objeto se pesa primero en el aire y luego en el agua, la diferencia de peso será igual al peso del volumen de agua desplazado, y este volumen es igual al volumen del objeto, si éste está totalmente sumergido. Así puede determinarse fácilmente la densidad del objeto (masa dividida por volumen) Si se requiere una precisión muy elevada, también hay que tener en cuenta el peso del aire desplazado para obtener el volumen y la densidad correctos

Para el autor John Muller,Arquímedes fuel mas grande investigador de mecánica de fluidos de todos los tiempos; ya que el fue quien descubrió las propiedades de los fluidos sometidos a diversas circunstancias. Además el desarrollocomo nadie mas, le mayor numero de postulados fundamentales acerca del tema

EL TEOREMA DE BERNOULLI

Una de las leyes fundamentales que rigen el movimiento de los fluidos es el teorema de Bernoulli, que relaciona un aumento en la velocidad de flujo con una disminución de la presión y viceversa. El teorema de Bernoulli explica, por ejemplo, la fuerza de sustentación que actúa sobre el ala de un avión en vuelo. Un ala —o plano aerodinámico— está diseñada de forma que el aire fluya más rápidamente sobre la superficie superior que sobre la inferior, lo que provoca una disminución de presión en la superficie de arriba con respecto a la de abajo. Esta diferencia de presiones proporciona la fuerza de sustentación que mantiene el avión en vuelo. Los coches de carrera son muy bajos con el fin de que el aire se desplace a gran velocidad por el estrecho espacio entre la carrocería y el suelo. Esto reduce la presión debajo del vehículo y lo aprieta con fuerza hacia abajo, lo que mejora el agarre. Estos coches también llevan en su parte trasera un plano aerodinámico con forma de ala invertida para aumentar la fuerza contra el suelo. La vela de un balandro en movimiento también constituye un plano aerodinámico. Otro aspecto importante de la aerodinámica es la resistencia al avance que experimentan los objetos sólidos que se mueven a través del aire. Por ejemplo, las fuerzas de resistencia que ejerce el aire que fluye sobre un avión deben ser superadas por el empuje del reactor o de las hélices. La resistencia al avance puede reducirse significativamente empleando formas aerodinámicas. Según el autor James A. Fay: "Cuando el objeto no es totalmente aerodinámico, la resistencia aumenta de forma aproximadamente proporcional al cuadrado de su velocidad con respecto al aire". Por ejemplo, la potencianecesaria para propulsar un coche que avanza de forma uniforme a velocidades medias o altas se emplea fundamentalmente en superar la resistencia del aire.

Principio de Pascal.

Hay varios principios de hidromecánica debidos al filósofo francés BLAS PASCAL (1623-1662). Uno de éstos dice que cualquier aumento de presión ejercido sobre cualquier punto del líquido, transmite este aumento de presión a todos los otros puntos del líquido.

Este principio se aplica en las prensas hidráulicas, como las que se usan para embalar materiales, para formar la cubierta de plomo en cables eléctricos y otras aplicaciones semejantes. En el tema anterior “Prensa hidráulica”, he incluido un gráfico esquemático de la misma. Consiste en una masa líquida confinada dentro de dos cilindros metálicos comunicados de secciones a y A, respectivamente, y provistos de sendos émbolos. Al aplicar una fuerza f al émbolo más pequeño, la presión producida debajo de él, aumenta f/a. El mismo aumento de presión se transmitirá al émbolo mayor, de modo que la fuerza ejercida ahora por éste será F = (f/a)A. Luego, F/A = f/a. En las aplicaciones usuales de esta máquina, una gran fuerza ejercida sobre una pequeña distancia se obtiene ejerciendo una fuerza pequeña a lo largo de una distancia grande.

Se puede calcular el desarrollo mecánico de la prensa hidráulica, el desarrollo ideal es A/n, pero el desarrollo real es menor debido al rozamiento entre los émbolos y los cilindros.

Los frenos hidráulicos de los automóviles, funcionan con la presión de un líquido. Un cilindro maestro se halla bajo el pedal del freno y está conectado por tubos metálicos con los cilindros que se encuentran en cada uno de los frenos de las ruedas, y todo el sistema está lleno de un líquido que no se solidifica. Al aplicar la presión del pie, el pistón del cilindro maestro se desplaza hacia dentro comprimiendo el líquido allí; este aumento de la presión se transmite a los cilindros de las ruedas que desplazan sus pistones hacia afuera, ciñendo los tambores con las ruedas con las cintas de los frenos.

IX TCJ Que onda con la dinámica de fluidos remolinos p2

http://www.youtube.com/watch?v=OgAFuzllrow

Dinámica de fluidos ejemplo de yuotube

http://www.youtube.com/watch?v=1xzCN8FQejs

Ley de Torricelli

Velocidad de salida de un fluido


 Se dispone de un tubo vertical que tiene tres orificios a distintas alturas. Al llenarlo de agua y permitir que el agua fluya por los orificios, se puede observar que cada chorro del líquido presenta distinto alcance.

Ecuación de Bernoulli

Tubo de Venturi


 Se dispone de un tubo por el cual se puede hacer fluir aire y el cual tiene distintas secciones transversales . Se pueden observar las diferencias de presión a lo largo del tubo por medio del desnivel que se produce en pequeños vasos comunicantes que contienen agua y están conectados a él.



Ala simulada

 Se dispone de un ala de papel insertada en un alambre vertical a lo largo del cual se puede desplazar libremente. Al soplar aire en la parte superior de ella, por medio de un ventilador, se puede observar que asciende.


Dos banderines

 Se dispone de dos banderines colocados paralelamente, al soplar en el espacio comprendido entre ellos se observa que se atraen.


Pelota flotante

 Una pelota plástica se puede mantener flotando por medio del aire lanzado por una aspiradora

 
 

Ecuación de continuidad - ejemplos

Cambio de la sección transversal de una manguera



 Se puede observar que al obstruir parcialmente el orificio de salida del agua en una manguera, el chorro tiene un alcance mayor. Esto se debe al aumento de velocidad de líquido por la disminución del área transversal de la manguera.




Pequeños orificios de una ducha



 Al conectar una ducha a una manguera se puede observar como los chorritos de cada orificio tiene mayor alcance que el chorro completo.





Bote a vapor



 Se tiene una pequeña balsa impulsada por el efecto producido por un chorro de vapor saliendo de un estrecho orificio.

Viscosidad (ejemplos)

Seis viscosidades distintas


 Se dispone de un dispositivo que tiene 6 tubos que contienen diferentes líquidos, en cada uno de ello se encuentra una burbuja de aire que se desplaza al voltear los tubos. Por la velocidad de desplazamiento de la burbuja podemos apreciar la viscosidad de los distintos líquidos.

Fluidos en movimiento

Surtidor de agua



 Se dispone de una vasija cerrada que tiene un capilar insertado en su tapa, además posee otro tubo por el que se puede insuflar aire. Al soplar por éste se puede observar como el capilar se convierte en un surtidor de agua.



Rociadores de líquido



 Se dispone de algunos rociadores los cuales se pueden mostrar a los estudiantes para que analicen porque se produce este efecto.



Dos huequitos en un pote


 Se tiene un frasco, con dos orificios en su tapa, que contiene agua. Se puede observar como fluye el líquido cuando los dos orificios están abiertos y como se detiene su flujo al cerrar uno de ellos.


Embudo obstruido

 Se coloca un embudo de forma ajustada en el cuello de una botella. Se puede observar que al vaciar agua en ella, este flujo se detiene después de un momento. Si se separa un poco el embudo del cuello de la botella se puede observar que el líquido empieza nuevamente a fluir.



Pote con orificios radiales


 Un envase que posee varios orificios se llena de agua. Se puede observar como el agua fluye libremente cuando se encuentra destapado y se detiene el flujo del líquido al cerrar el envase con su tapa.



Fuente de agua


 Se dispone de un dispositivo que funciona como una fuente de agua por efecto de la presión atmosférica.



Destapador de desagüe

 Los destapadores de desagüe domésticos permiten el movimiento del agua por medio del vacío que produce el chupón que se encuentra en su extremo.


Bomba de agua


 Se dispone de un modelo en vidrio de una bomba de agua. La transparencia del material permite ver las distintas etapas del bombeo.


Tornillo de Arquímedes


 Se dispone de una replica del tornillo de Arquímides, dispositivo que se utilizaba antiguamente en los barcos para sacar el agua.