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Una introducción a la mecánica de fluidos, explorando conceptos fundamentales como las propiedades de los fluidos, sistemas de unidades y fuerzas que actúan sobre los líquidos. Incluye ejemplos y ejercicios prácticos para comprender mejor los principios de la mecánica de fluidos.
Tipo: Ejercicios
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Introducción a la mecánica de los fluidos Propiedades de los fluidos Sistema de unidades
OBJETIVOS EDUCATIVOS
El principio de Arquímedes es la primera ley hidráulica conocida, data de 250 años antes de nuestra era. Leonardo Da Vinci a finales del siglo XV escribió la obra “Sobre el movimiento del agua y las obras fluviales”; donde expresó sus observaciones y sus experiencias en la construcción de obras hidrotécnica en Milán, Florencia y otros lugares. En 1612 apareció el trabajo de Galileo Galilei “consideraciones sobre cuerpos que permanecen en el agua”; Galileo confirmó teóricamente la ley de Arquímedes. Newton, en 1686, formuló la noción de la viscosidad del líquido y propuso la hipótesis sobre la ley del rozamiento interior en un líquido en movimiento, la que fue demostrada experimentalmente por el profesor N. Petrov en 1883.
RESUMEN HISTÓRICO
La segunda etapa , abarcó desde la segunda mitad del siglo XVIII y la mayor parte del siglo XIX y se caracterizó por la acumulación de datos experimentales. Son conocidas de esta etapa las investigaciones de Chezy, Darcy, Poiseuille, Hazen,Weisbach (1806-1871). La investigación teórica de esta etapa adoleció de considerar la viscosidad. La tercera etapa , abarca desde finales del siglo XIX y principios del siglo XX. En esta etapa se profundiza en las bases teóricas de la Hidráulica al tomar en cuenta la viscosidad del líquido, el desarrollo de la teoría de la semejanza. Entre los investigadores de la tercera etapa tenemos a Reynolds (1842-1912), Zhukovski (1847-1921), Petrov (1836-1920), Stokes (1819-1903).
La cuarta etapa , está caracterizada por la conjugación de los métodos de la Hidromecánica Teórica y la Hidráulica Experimental. Son conocidos I. Nikuradze, Prandtl y Karman.
Una de las primeras expresiones de las pérdidas hidráulicas de energía en una tubería fue desarrollada por Chezy en 1775.
Los trabajos de Hazen 1839, Poiseuille 1840 y Reynolds 1883 demostraron que la densidad y la viscosidad del fluido influyen en las pérdidas de energía, y más
tarde principalmente como deducción del trabajo de Nikuradze 1933, se
reconoció que el efecto de la rugosidad no depende del valor absoluto de esta, sino de su relación con el diámetro del tubo.
De todas las ecuaciones, la de Darcy-Weisbach es la que tiene en cuenta todos los factores que afectan las pérdidas hidráulicas; Fue desarrollada por el francés Henry Darcy, y en 1845 fue refinada por Julius Weisbach.
Propiedades de los fluidos
Propiedades de los gases: Densidad, peso específico, viscosidad, compresibilidad, expansión térmica,
Propiedades de los sólidos: Densidad, peso volumétrico, granulometría, velocidad límite de caída libre o contrariada, solubilidad, humedad, formas de las partículas y otras
Propiedades de los líquidos: Densidad, peso específico, viscosidad, compresibilidad, dilatación térmica, capilaridad, presión de vapor, PH y otras
⚫ Densidad: No es más que la masa
comprendida en la unidad de volumen.
⚫ Peso específico relativo o densidad relativa
En general para la mayoría de los gases es aplicable
la relación que se deduce a partir de la ecuación de
los gases perfectos.
Donde: P – Presión, Pa., M – Peso molecular, moles, T – Temperatura, K. R – constante de los gases
Es la propiedad del líquido de oponerse al desplazamiento o resbalamiento de sus capas. Esta a su vez es inversa a la fluidez, los líquidos con mayor viscosidad (aceites lubricantes y otros) son menos fluidos y viceversa. Al fluir un líquido por una tubería la mayor velocidad se encuentra en el centro del tubo y en las paredes es cero.
Esquema de la distribución de la velocidad en la sección transversal de la tubería.
COEFICIENTE DINÁMICO DE
VISCOSIDAD, μ
COEFICIENTE CINEMÁTICO DE
VISCOSIDAD
1 stoke =1 cm 2 /s 1 St = 10 - 4 m 2 /s 1 m 2 /s = 10 6 cSt 1 stoke = 10 2 cSt
1 cSt = 10 -6^ m 2 /s
