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MECANICA DE LOS FLUIDOS
INTRODUCCION
La mecánica de los fluidos está en todo aunque muchas veces no nos damos cuenta, está en los actos cotidianos como tomar una ducha, beber agua, respirar, ya que requieren la circulación de fluidos. Nos ayuda para entender la complejidad del medio natural o bien entender el mundo que hemos creado, se necesita bien conocer por que el fluido es tan importante para todo lo que realizamos, porque no solo está en industrias también lo tenemos en casa con la ventilación, los transportes, este es necesario en cualquier análisis y diseño en el cual el fluido es el sistema de trabajo
MECANICA DE LOS FLUIDOS
La Mecánica de Fluidos estudia las leyes del movimiento de los fluidos y sus procesos de interacción con los cuerpos sólidos. Hoy en día sabemos que es una mezcla de la teoría y experimento que proviene de los trabajos de ingenieros hidráulicos, carácter empírico, matemáticos, que abordan los problemas desde un enfoque analítico. Al integrar en una única disciplina las experiencias de ambos colectivos, se evita la falta de generalidad derivada de un enfoque estrictamente empírico, válido únicamente para cada caso concreto, y al mismo tiempo se permite que los desarrollos analíticos matemáticos aprovechen adecuadamente la información experimental y eviten basarse en simplificaciones artificiales alejadas de la realidad para empezar debemos de saber que es un fluido: este una sustancia que se deforma cuando se somete a un esfuerzo cortante sin importar lo pequeño que sea, este influye a gases y líquidos, unos tal vez se muevan más lento que otros pero al final siempre terminaran moviéndose, su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes, carecen de forma definida. Para clasificar a los materiales que se encuentran en la naturaleza se pueden utilizar diversos criterios. Se definen los estados básicos de sólido, plástico, fluidos y plasma. La clasificación de fluidos depende del estado y no del material que lo compone, ya que lo que define al fluido es su comportamiento y no su composición. Lo que nos permite una mejor clasificación es la relación con la reacción del material cuando es aplicada una fuerza, estos reaccionan de una manera muy característica si se compara lo que ocurre con un sólido y un fluido al aplicar un esfuerzo de corte, en ambos se obtiene reacciones características 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 está sometido a un esfuerzo de corte o tangencial" (Martin, 2011). De esta definición se desprende que un fluido en reposo no soporta ningún esfuerzo de corte. El concepto de presión es muy útil cuando se estudian los fluidos. Éstos ejercen una fuerza sobre las paredes de los recipientes que los contienen y sobre los cuerpos situados en su interior. Las fuerzas, por tanto, no se ejercen sobre un punto concreto, sino sobre superficies. En física, el principio de PASCAL O LEY DE PASCAL, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: “Cualquier presión P ejercido sobre un fluido incompresible (líquido) encerrado en un recipiente indeformable se transmite por igual (en todas las direcciones y con la misma intensidad) a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene” Otra versión de esta ley es: P La presión ejercida en este punto, se transmite en todas direcciones. “Todo cambio de presión aplicado sobre la superficie de un líquido, contenido en un recipiente indeformable, se transmite por igual a todos los puntos de este líquido”.
(ejemplo: agua-vidrio). Otras veces las fuerzas cohesivas predominan (ejemplo: mercurio-vidrio). Vidrio-Gotas lo que se denomina capilaridad o acción capilar. En efecto: en el equilibrio, el peso de la columna de líquido se compensará con la componente vertical de las fuerzas de cohesión). Las fuerzas de adhesión no intervienen (son perpendiculares a la superficie del tubo). PRINCIPIO DE BERNOULLI La ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, sirve para describir un fluido o líquido dentro de un volumen de control. Fue expuesto por Daniel Bernoulli y expresa que en un fluido ideal, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" consta de estos mismos términos. dónde: V = velocidad del fluido en la sección considerada. g = aceleración de gravedad. z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia. P = presión. ρ = densidad del fluido. Para aplicar la ecuación se debe suponer que estamos en presencia de un fluido ideal, es decir que no existen fuerzas viscosas, que el fluido es incompresible y que el caudal es constante dentro del volumen de control. La ecuación de Bernoulli, se puede considerar como una apropiada declaración del principio de la conservación de la energía, para el flujo de fluidos. El comportamiento cualitativo que normalmente evocamos con el término "efecto de Bernoulli", es el descenso de la presión del líquido en las regiones donde la velocidad del flujo es mayor. Este descenso de presión por un
estrechamiento de una vía de flujo puede parecer contradictorio, pero no tanto cuando se considera la presión como una densidad de energía. En el flujo de alta velocidad a través de un estrechamiento, se debe incrementar la energía cinética, a expensas de la energía de presión. “Si bien la ecuación de Bernoulli se afirma en términos de ideas universalmente válidas, como son la conservación de la energía y las ideas de presión, energía cinética y energía potencial, su aplicación en la fórmula de arriba se limita a los casos de flujo constante”(Mott, 2006) Para el flujo a través de un tubo, tal flujo puede ser visualizado como un flujo laminar, que todavía es una idealización, pero si el flujo es una buena aproximación laminar, entonces puede ser modelada y calculada la energía cinética del flujo en cualquier punto del fluido. El término energía cinética por unidad de volumen en la ecuación, es el que requiere estrictas restricciones para que se pueda aplicar en la ecuación de Bernoulli Básicamente es la suposición de que toda la energía cinética del fluido está contribuyendo directamente al proceso de avance del flujo del fluido -. Ello debería hacer evidente que la existencia de turbulencias o cualquier movimiento caótico del fluido implicaría que algo de la energía cinética no está contribuyendo al avance del fluido a través del tubo. “También hay que decir que, si bien la conservación de la energía se aplica siempre, esta forma de analizar la energía, no describe ciertamente cómo se distribuye esa energía bajo condiciones transitorias” (Mott, 2006) Y este no es el caso debido a la pérdida de algo de energía en el proceso de flujo activo, por la fricción en el movimiento molecular desordenado (energía térmica). Se puede hacer un modelado más preciso mediante la combinación de la ecuación de Bernoulli con la ley de Poiseuille. CONCLUSIÓN
Reed B. C, (2004 July). Archimedes' law sets a good energy-minimization example. Physics Education, pp. 322-323. Bierman J, Kincanon E. (2003 September) Reconsidering Archimedes’ principle. The Physics Teacher, Vol 41, pp. 340-344. Mott R.L. (2006). Mecanica de fluidos, sexta edición, Mexico Martin D.A, (2011). Apuntes de mecánica de fluidos.
