AGUAS UP clase 1 v3 - copia (2)

MANEJO DE AGUA
MARIA NATALIA ISABEL GONZÁLEZ MOGOLLÓN
INGENIERA AGRÍCOLA
DOCENTE CÁTEDRA
INTRODUCCIÓN
MECÁNICA DE FLUIDOS
La mecánica de los fluidos trata de los líquidos y gases en movimiento o
en reposo.
• Estática de fluidos
• Dinámica de fluidos
HIDRÁULICA
La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos
(líquidos) en movimiento.
• Hidrostática
• Hidrodinámica
lí
q
ui
d
a
sólida
sustancia
gaseoso
líquida
fluido
• Que es de consistencia blanda, como el agua o el aceite, y fluye, corre
o se adapta con facilidad.
• Que marcha o se desarrolla de forma ordenada, bien estructurada, sin
obstáculos o interrupciones.
• Sustancia que cambia su forma continuamente siempre que esté
sometida a un esfuerzo cortante.
• Es aquella sustancia que no opone resistencia a un esfuerzo cortante.
Esfuerzo cortante: es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones
paralelas a la sección transversal de un prisma. Este esfuerzo impide que
el objeto se deforme.
Los fluidos pueden ser líquidos o gases.
características
o Tienden a adoptar la forma del contenedor que los almacena.
o La superficie, en contacto con la atmósfera, mantiene un nivel
uniforme.
o Los gases se comprimen con facilidad (Fluidos compresibles)
o Los líquidos se comprimen poco (fluidos incompresibles)
o analizar el comportamiento de los fluidos cuando fluyen a través de
tuberías circulares.
Clasificación de los flujos de fluidos
o
o
o
o
o
o
o
Regiones viscosa y no viscosa
Flujo interno y externo
Compresible e incompresible
Laminar y turbulento
Natural y forzado
Estacionario y no estacionario
Unidimensional, bidimensional y tridimensional
Se considerará la energía del fluido según:
Sistema métrico
m

V
Propiedades físicas de los fluidos (
mecánica de fluidos)
o Densidad
 La densidad se define como masa por
unidad de volumen.
 El recíproco de la densidad es el
volumen específico.
 Depende de la temperatura y la presión.
 En el caso de líquidos la densidad
depende de la temperatura y casi no de
la presión.
  g
o Peso específico
El peso de una unidad de volumen de
una sustancia se llama peso específico,
GE 

H O
2
o Gravedad específica
Si la densidad se da en relación con la
densidad de una sustancia conocida
ampliamente, se llama gravedad
específica o densidad relativa.
Es la razón de la densidad de una
sustancia a la densidad de alguna
sustancia estándar, a una temperatura
específica (por lo general, agua a 4°C)


v y



o viscosidad
Es la oposición de un fluido a las deformaciones
tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesión
moleculares.
La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en
movimiento y hace que el fluido se adhiera a una
superficie.
depende directamente de la temperatura
viscosidad absoluta o viscosidad dinámica (μ): la
relación existente entre el esfuerzo cortante y el
gradiente de velocidad.
viscosidad cinemática (√):
Para calcular la viscosidad cinemática basta con
dividir la viscosidad dinámica por la densidad del
fluido.
N
m
N s
 2
 2  Pa  s
ms
m
m
 1   kg  m 3   m 2
  
       

    m  s  kg   s
Sistema de
unidades
Unidades
Sistema de
unidades
Sistema
Internacional
N s/m2, Pas, kg/(ms)
Sistema ingles
lbs/ft2, slug/(fts)
Sistema
m2/s
Internaciona
l
Sistema
ingles
Unidades
Ft2/s



Medición de la viscosidad
Los dispositivos para caracterizar el comportamiento del flujo de
líquidos de llaman viscosímetros o reómetros.
oViscosímetro de tambor rotatorio;
oViscosímetro de tubo capilar;
oViscosímetro de vidrio capilar estándar;
oViscosímetro de bola que cae.
oViscosímetro de Saybolt universal
o Compresibilidad
 dP 
 dP 
  v     
 dv  T
 d  T
Los fluidos suelen expandirse cuando se calientan o
despresurizan, y se contraen en caso contrario.
Un fluido se contrae cuando se aplica mayor presión
sobre el y se expande en caso de una
despresurización. Actúan como sólidos elásticos
respecto a los cambios en la presión.
Un análogo del módulo de Young para sólidos es el
coeficiente de compresibilidad, .
La compresibilidad es una propiedad de la materia a
la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan
de volumen al someterlos a una presión o
compresión determinada.
o tensión superficial
F
 s
2b
la superficie actúa como una delgada membrana
elástica sometida a tensión. La fuerza de tracción
que causa esta tensión actúa paralela a la superficie
y se debe a las fuerzas de atracción entre las
moléculas del líquido. La magnitud de esta fuerza
por unidad de longitud se llama tensión superficial.
Este fenómeno tiene su origen en las fuerzas
intermoleculares o de Van der Waals. Una molécula
inmersa en un líquido experimenta interacciones
con otras moléculas por igual en todas las
direcciones. Sin embargo, las moléculas situadas en
la superficie acuosa sólo se ven afectadas por las
vecinas que tienen por debajo. Así, se origina una
especie de película mantenida por las fuerzas
intermoleculares del fluido, que alcanzan valores
elevados, aunque para distancias cortas.
2 s
h
cos 
gR
o Capilaridad
Capacidad de ascender o descender de un
liquido en un tubo de diámetro pequeño
insertado en un liquido, llamado capilar.
La superficie libre curva en la superficie de
un líquido en un tubo capilar se llama
menisco.
El agua en un recipiente de vidrio presenta
una curvatura ligeramente hacia arriba y en
el mercurio ocurre lo contrario.
La intensidad del efecto de la capilaridad se cuantifica por el ángulo de
contacto, se dice que un liquido moja cuando el ángulo <90 y no moja
cuando > 90°
o Adhesión
Fuerza entre moléculas diferentes aguavidrio
o Cohesión
fuerza entre moléculas semejantes aguaagua
o Calor especifico:
Se define como la cantidad de energía
necesaria para elevar la temperatura , en
un grado Celsius a un gramo de agua en
condiciones estándar .
se define exactamente como la capacidad
calorífica para 1 kilogramo de sustancia y
para un aumento de temperatura de 1
grado kelvin.
Propiedades químicas del agua
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Es incolora
No tiene sabor ni olor
Se encuentra en la naturaleza en los tres estados
Posee una temperatura de transformación fija
Es un disolvente
Posee una carga eléctrica neutra
Difícil de comprimir
Se adhiere
Baja conductividad eléctrica
Ph relativamente neutro
Participa en múltiples reacciones químicas
Regula la temperatura
ejercicios
o
un depósito de aceite si tiene una masa de 825 kg. Si el depósito tiene un volumen
de 0.917 m3, calcule la densidad, peso específico y gravedad específica del aceite.
o Se llena un tanque con aceite cuya densidad es de 850 kg/m3, si el volumen del
tanque es de 2 m3, determine la cantidad de masa m en el tanque.
o La glicerina a 20 °C tiene una gravedad específica de 1.263. calcule su densidad y su
peso específico.
Bibliografía
o Mott, R. L. (2006) Mecánica de fluidos. México: Pearson.
o Çengel, Y. A. y Cimbala, J. M. (2012) Mecánica de Fluidos:
Fundamentos y aplicaciones. México: McGraw Hill.
o Notas de clase mecánica de fluidos ;Universidad Nacional de Colombia.
Sede Palmira ,2015
Masa (m)
Propiedad de un cuerpo de fluido que se mide por su inercia o resistencia a
un cambio de movimiento. Es también una medida de la cantidad de fluido.
Peso (w)
Es la cantidad que pesa un cuerpo, es decir. la fuerza con la que el cuerpo es
atraído hacia la Tierra por la acción de la gravedad.(N)
Fuerza (F)
Es la medida de la inercia o resistencia a cambiar el movimiento de éste.
También es la medida de la cantidad de fluido. ( N )
Masa (m)
Propiedad de un cuerpo de fluido que se mide por su inercia o resistencia a
un cambio de movimiento. Es también una medida de la cantidad de fluido.
Peso (w)
Es la cantidad que pesa un cuerpo, es decir. la fuerza con la que el cuerpo es
atraído hacia la Tierra por la acción de la gravedad.(N)
Fuerza (F)
Es la medida de la inercia o resistencia a cambiar el movimiento de éste.
También es la medida de la cantidad de fluido. ( N )
Estática de fluidos
Es el estudio de los fluidos en los que no hay movimiento relativo entre sus
partículas por lo tanto no hay esfuerzos cortantes. El único esfuerzo que
existe es la presión.
Estática de fluidos
Es el estudio de los fluidos en los que no hay movimiento relativo entre sus
partículas por lo tanto no hay esfuerzos cortantes. El único esfuerzo que
existe es la presión.
PRESION
Fuerza normal ejercida por un fluido por unidad de área
 Ejercida solo por un fluido
 Presión ejercida por sólidos se denomina esfuerzo normal
Unidad SI
Unidad s. Inglés
Para fluidos incompresibles la densidad es
constante
La presión es directamente proporcional a la fuerza
inversamente proporcional a la superficie (área).
Presión atmosférica
Es la presión ejercida por el aire sobre toda
superficie con la cual esté en contacto.
Varía con las condiciones climatológicas y
con la altitud.
Se mide con el barómetro.
Presión manométrica:
Presión medida tomando como referencia la presión
atmosférica
Presión absoluta:
Presión medida por encima de cero absoluto o vacío
perfecto
Presión de vacío:
Presión medida por debajo de la presión atmosférica.
Un vacío perfecto es la presión mas baja posible, por consiguiente una
presión absoluta será siempre positiva.
Una presión atmosférica que este por encima de la presión atmosférica es
positiva.
Un vacío perfecto es la presión mas baja posible, por consiguiente una
presión absoluta será siempre positiva.
Una presión atmosférica que este por encima de la presión atmosférica es
positiva.
MEDICION DE LA PRESIÓN
Manómetro:
Un manómetro de presión es un indicador
analógico utilizado para medir la presión de
un gas o líquido, como agua, aceite o aire.
En muchas aplicaciones modernas el
manómetro
analógicos
está
siendo
sustituidos por manómetros digitales con una
pantalla digital y características adicionales,
tales como incorporación de alarmas y
analógica, digital o retransmisión inalámbrica
del valor indicado.
Barómetro
Existen barómetros de
diversos tipos. El más
conocido es el barómetro
de mercurio que fue
inventado por Torricelli
Piezómetro
Tubo vertical abierto en la parte superior,
conectado al recipiente en que se desea medir la
presión.
La presión a medir debe ser relativamente
pequeña, para tener alturas razonables.
La presión a medir debe ser mayor que la
atmosférica.
El fluido en el recipiente debe ser líquido.
Manómetro en u:
Un extremo del tubo esta conectado a la
presión que se va a medir, el otro se deja
abierto a la atmosfera parcialmente lleno
de un liquido de
conocido (agua,
mercurio, aceites coloreados) inmiscible
con el fluido a medir.
Transductores
Instrumento que mide una presión y genera
una señal eléctrica que tiene relación con la
cantidad medida.
El nivel de la señal se puede registrar,
representar o almacenar en un medio
electrónico.
ejem:
 Calcule la masa de un aceite que pesa 610 N
 Calcule el peso de 1 m3 de keroseno si su masa es de 825 kg
 una roca con una masa de 5.60 kg está suspendida por un cable. ¿qué
fuerza se ejerce sobre el cable?
 Una carga de 200 kg se encuentra sobre un pistón que confina aceite
en un recipiente cilíndrico que posee un cilindro que tiene un diámetro
interno de 2.50.” Calcule la presión en el aceite al nivel del pistón
 ¿Cuál es la presión ejercida por una fuerza de 120 N que actúa sobre
una superficie de 0.040 m2?
 La presión máxima que ha de ejercer un cilindro con fluido de potencia
es de 3000 psi, calcule el diámetro que tiene el embolo si el cilindro
debe aplicar una fuerza de 8000 lbf
 La presión atmosférica estándar es de 101,325 kPa, calcule la altura de
la columna de mercurio equivalente a esa presión.
 Un tanque abierto tiene etilenglicol a 25º c . Calcule la presión a 3 m.
 Un medidor de vacío conectado a una cámara de vacío da como lectura
3,02 Pa en un lugar donde la presión atmosférica es de 14,5 Pa.
Determine la presión absoluta de la cámara.
PRINCIPIO DE PASCAL
En un fluido confinado entre fronteras
solidas,
la
presión
actúa
perpendicularmente a la frontera.
La presión aplicada a un punto de un
fluido
estático
e
incompresible
encerrado actúa uniformemente en
todas direcciones sobre un punto de un
fluido en reposo
El principio de Pascal puede ser
interpretado como una consecuencia de
la ecuación fundamental de la
hidrostática y del carácter altamente
incompresible de los líquidos.
VARIACIÓN DE LA PRESIÓN
La paradoja de pascal
La presión en el fondo del recipiente es la misma. Es función del tipo de
fluido peso específico y de la altura h desde la superficie libre del líquido
Para fluidos incompresibles,
= cte.
 Calcule la presión a una profundidad de 10 m en un líquido con
gravedad específica de: a) 0.8, b) 1.59
 Un recipiente con varios líquidos se conecta a un tubo en U. determine
la presión manométrica en A para las densidades relativas y las alturas
de columna de líquidos especificadas. Además determine la altura de la
columna de hg que crearía la misma presión en A
 Se presuriza el agua que está en un tanque mediante aire y se mide la
presión con un manómetro de fluidos múltiples, el tanque esta a una
altitud de 1400 m donde la presión atmosférica es 85,6 KPa. Determine
la presión manométrica del aire en el tanque si:
h1= 0,1m; h2=0,2 m; h3= 0,35m
ρH2O= 1000 kg/m3 ; ρac= 850 kg/m3 ; ρHg= 13600 kg/m3
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
Llamado también fuerza de presión y
empuje.
Todo cuerpo sumergido en un fluido sufre
una fuerza vertical y hacia arriba igual al
peso del fluido que desaloja la parte
sumergida del cuerpo
La fuerza de empuje es una fuerza que
aparece cuando se sumerge un cuerpo en
un fluido.
Se produce debido a que la presión de
cualquier fluido en un punto determinado
depende principalmente de la profundidad
en que éste se encuentre (en otras palabras,
a la cantidad de fluido que tenga encima).
E=
E= mH2O desalojada * g
E= peso real – peso aparente
Vs = ρc* Vc
ρf
Vs *ρf * g
E=
E= mH2O desalojada * g
E= peso real – peso aparente
Vs = ρc* Vc
ρf
Vs *ρf * g
 Un cubo de aluminio de 3 cm de arista y densidad 2700 kg/m3 se sumerge
en agua de mar. a) ¿Qué masa tiene el cubo? b) ¿Qué volumen desaloja? c)
¿Qué masa de agua desaloja? d) ¿Cuánto pesa el agua desalojada?
 Un cuerpo de masa 90 g y volumen 120 cm3 flota en el agua. Calcular:
a) Peso del cuerpo. b) Volumen sumergido. c)% del volumen sumergido
d) peso aparente.
 Un cubo de cobre, de base igual a 13 in² y una altura de 42 in, se sumerge
hasta la mitad, por medio de un alambre, en un recipiente que contiene
alcohol. calcular
a)¿Qué volumen de alcohol desaloja?,
b)¿Qué magnitud de empuje recibe?
c)¿Cuál es la magnitud del peso aparente del cubo debido al empuje, si la
magnitud de su peso es de 36,07 N?
PRENSA HIDRÁULICA
La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio
de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su
significado.
El "gato hidráulico" empleado para elevar carros en los talleres es una
prensa hidráulica.
Es un depósito con dos émbolos de distintas secciones A1 y A2
conectados a él.
La presión ejercida por el émbolo al presionar en la superficie del líquido
se transmite íntegramente a todo el líquido.
La presión es la misma en los puntos próximos a los dos émbolos. P1 = P2
La fuerza F1 aplicada en el émbolo pequeño se amplifica en un factor
amplificador k tal que: F2 en el émbolo grande es k * F1.
 Se tiene un carro de 1200 kg encima de un disco con un radio de 2m y
por otro lado tenemos otro disco de 0.5 m de radio y luego el depósito
lleno de agua. Calcular: a) La fuerza que tenemos que ejercer en el
disco pequeño para poder elevar el carro de 1200 kg. b) factor
amplificador.
 Quiero levantar mi Ford Zoe Hatchback cuya masa es de 1500 kg con
un gato hidráulico a) ¿Qué fuerza deberé aplicar en el embolo más
grande, cuyo radio es de 400 cm para levantarlo? Radio del embolo
pequeño 40 cm. b) factor amplificador
Formando líderes para la
construcción de un nuevo país en
paz
Formando líderes para la construcción
de un nuevo país en paz