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FUNDAMENTOS FÍSICOS EN LA INGENIERÍA I BLOQUE I: MECÁNICA

TEMA 6.: MECÁNICA DE FLUIDOS

Marta VARO MARTÍNEZ Dpto. Física Aplicada (UCO)

FUNDAMENTOS FÍSICOS EN LA INGENIERÍA I TEMA 6.: DINÁMICA DE FLUIDOS.

Tema 6: •Índice y Objetivos •Estados de la Materia •Densidad •Presión •Estática de Fluidos Ecuación Hidrostática Ley de Pascal Principio de Arquímedes •Dinámica de Fluidos Ecuación de Continuidad Ecuación de Bernouilli

TEMA 6 •Estados de la Materia •Densidad •Presión •Estática de Fluidos Ecuación Hidrostática Ley de Pascal Principio de Arquímedes •Dinámica de Fluidos Ecuación de Continuidad Ecuación de Bernouilli BIBLIOGRAFÍA: Serway

FUNDAMENTOS FÍSICOS EN LA INGENIERÍA I Tema 6: •Índice y Objetivos •Estados de la Materia •Densidad •Presión •Estática de Fluidos Ecuación Hidrostática Ley de Pascal Principio de Arquímedes •Dinámica de Fluidos Ecuación de Continuidad Ecuación de Bernouilli

TEMA 6.: DINÁMICA DE FLUIDOS. OBJETIVOS •Conocer los estados de la materia y sus características •Saber definir el concepto físico de fluido •Entender el significado físico de los conceptos de densidad y presión •Saber cómo depende la presión con la altura •Ser capaz de describir las variables que caracterizan a un fluido en reposo •Entender y saber aplicar la Ley de Pascal y el Principio de Arquímedes •Ser capaz de describir las variables que caracterizan a un fluido en movimiento. •Entender y saber aplicar las ecuaciones de continuidad y Bernouilli •Entender el concepto de viscosidad

FUNDAMENTOS FÍSICOS EN LA INGENIERÍA I ESTADOS DE LA MATERIA Tema 6: •Índice y Objetivos •Estados de la Materia •Densidad •Presión •Estática de Fluidos Ecuación Hidrostática Ley de Pascal Principio de Arquímedes •Dinámica de Fluidos Ecuación de Continuidad Ecuación de Bernouilli

•SÓLIDO: forma y volumen definidos Baja compresibilidad •LÍQUIDO: volumen definido forma no definida baja compresibilidad •GASEOSO: volumen y forma no definido alta compresibilidad •PLASMA

FLUIDOS

El análisis de un fluido como un sistema de partículas de gran número de partículas es muy complicado. Se busca un modelo físico alternativo: MEDIOS CONTINUOS

FUNDAMENTOS FÍSICOS EN LA INGENIERÍA I DENSIDAD Tema 6: •Índice y Objetivos •Estados de la Materia •Densidad •Presión •Estática de Fluidos Ecuación Hidrostática Ley de Pascal Principio de Arquímedes •Dinámica de Fluidos Ecuación de Continuidad Ecuación de Bernouilli

¡¡Escalar!! Si ρ=cte ⇒ Cuerpo homogéneo Si ρ≠cte ⇒ Cuerpo heterogéneo ρ≠ La densidad depende de la Temperatura y la Presión. La densidad de los gases es mucho menor que la densidad de los sólidos y los líquidos (las moléculas están más separadas)

FUNDAMENTOS FÍSICOS EN LA INGENIERÍA I PRESIÓN Tema 6: •Índice y Objetivos •Estados de la Materia •Densidad •Presión •Estática de Fluidos Ecuación Hidrostática Ley de Pascal Principio de Arquímedes •Dinámica de Fluidos Ecuación de Continuidad Ecuación de Bernouilli

•La presión dentro del fluido no es la misma en todos los puntos •La presión del fluido en el nivel donde se encuentra sumergido el cuerpo se define como la razón de la magnitud de la fuerza normal a la superficie y el área.

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¡¡Escalar!!

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ECUACIÓN HIDROSTÁTICA

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Fluido Homogéneo (ρ ρ=cte)

La presión disminuye con la altura y aumenta con la profundidad en el fluido La presión se mantiene cte en todos los puntos a igual profundidad

Recipiente abierto a presión atmosférica (Considerando como nivel de referencia la superficie libre)

Presión manométrica: diferencia absoluta y la presión atmosférica

entre

la

presión

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LEY DE PASCAL: Un cambio en la presión aplicada a un fluido encerrado se transmite íntegramente a cualquier punto del fluido y a las paredes del recipiente que lo contienen. EJERCICIO: En una prensa hidráulica como la de la figura, el pistón grande tiene una sección transversal con área 200 cm2 y el menor tiene un área de sección transversal de 5 cm2. Si se aplica una fuerza de 250 N al pistón pequeño, encuentre la fuerza sobre el pistón grande

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PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES:

Fuerza de Empuje: Cualquier cuerpo inmerso en un fluido es empujado siempre verticalmente hacia arriba por el fluido. El principio de Arquímedes establece que:

“cualquier cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza que es igual al peso del volumen de fluido desplazado por el cuerpo”. La línea de acción de la fuerza de empuje pasa por el punto donde se encontraba el centro de gravedad del fluido desplazado.

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PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES:

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PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES:

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Describimos el comportamiento dinámico de un fluido a partir de la velocidad en cada punto por el que pasa el fluido en el tiempo, es decir, a partir de un campo de velocidades.

Clasificación de los flujos atendiendo al campo de velocidades: Estacionario y no estacionario Uniforme y no uniforme

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Tipos de Fluidos: •Ideal: No ejercen fuerzas tangenciales (rozamientos) sobre una superficie ni en reposo ni en movimiento •Real: Ejercen fuerzas tangenciales (rozamientos) sobre una superficie cuando están en movimiento Flujo laminar. Flujo turbulento.

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Debido a que el movimiento de un fluido real es muy complejo, consideraremos un modelo de fluido ideal y estacionario con las siguientes restricciones: • fluido incompresible: densidad constante en el tiempo • fluido no viscoso: se desprecia la fricción interna. • flujo estacionario: la velocidad en un punto del flujo es constante en el tiempo • flujo irrotacional: no hay un momento angular del fluido respecto de cualquier punto, esto es, si cada partícula de fluido no experimenta rotación.

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ECUACIÓN DE CONTINUIDAD:

Caudal

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ECUACIÓN DE BERNOUILLI:

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ECUACIÓN DE BERNOUILLI:

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TEMA 6.: MECÁNICA DE FLUIDOS

Marta VARO MARTÍNEZ Dpto. Física Aplicada (UCO)