Anlisis de los Fluidos

INSTITUTO TECNOLOGICO DE REYNOSAAnlisis de los FluidosTAREAS UNIDAD I y II

DensmetroInstrumento de medicinque sirve para determinar ladensidad relativade los lquidos sin necesidad de calcular antes sumasay volumen. Normalmente, est hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posicin vertical. Densmetro elctrico Elementos que lo constituyen:Cuatro dardos de acero inoxidableSonda de temperaturaUnidad de Sensor de SueloCable de salidaBateraUnidad de procesamiento de datosA dems el equipo trae consigo un martillo,gafas de seguridad.

ViscosmetroUnviscosmetro(denominado tambinviscosmetro) es un instrumento empleado para medir laviscosidady algunos otros parmetros de flujo de unfluido.La viscosidad es la propiedad mas importante de los fluidos, y por tanto esta requiere la mayor consideracin en el estudio del flujo de fluidos. Esta es la resistencia que ejercen los fluidos al ser deformado cuando este se aplica un mnimo de esfuerzo cortante. La viscosidad de un fluido depende de su temperatura. Es por eso que en los lquidos a mayor temperatura la viscosidad disminuye mientras que en los gases sucede todo lo contrario lo contrario. Existen diferentes formas de expresar la viscosidad de un fluido, pero las ms importantes son las siguientes: viscosidad absoluta o dinmica, cinemtica, Saybol, Redwoor.Los lquidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes de fluidos. Los primeros tienen un volumen constante que no puede alterarse apreciablemente si son sometidos a compresin, por ende se dice que sonfluidos incompresibles.Los segundos no tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que los contiene; sonfluidos compresiblesporque, a diferencia de los lquidos, s pueden ser comprimidos.La viscosidad es aquella propiedad de un fluido por virtud de la cual ofrece resistencia al corte. Esta se puede clasificar en newtonianos, donde hay una relacin lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la rapidez de deformacin resultante, y en no newtonianos, donde tal relacin lineal no existe.La Ley de la viscosidad de Newtonafirma que dada una rapidez de deformacin angular en el fluido, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la viscosidad.

Viscosidad dinmica o absolutaUnidad Bsica Sistema Internacional (S.I.): kg/(ms), o bien, Ns/m (Pas)Equivalencias:1 poise (P) = 0,1 Pas1 centipoise (cP) = 10-3Pas1 kps/m2= 9,80665 Pas1 kph/m2= 3,53210-4Pas1 lb/(fth) = 4,133810-4Pas1 kg/(ms) = 1,0000 Pas1 Reyn = 6,890103PasViscosidad cinemticaUnidad Bsica Sistema Internacional (S.I.): m2/sDefinicin: la viscosidad cinemtica se define como el cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del fluido.

Equivalencias:

1 stokes (St) = 10-4m2/s1 centistokes (cSt) = 10-6m2/s1 dm3/hrin = 1,093610-5m2/s1 ft2/h = 2,580610-5m2/s1 ft2/s = 9,290310-2m2/s

Viscosmetro de cilindros concntricos.El cilindro interior est unido a un soporte fijo mediante un resorte de torsin de coeficiente K.El cilindro exterior se hace rotar con una velocidad angular constantew.Cuando el cilindro exterior gira arrastra al cilindro interior mediante la cizalladura que se transmite a travs del fluido, hasta que el resorte de torsin detiene el cilindro interior, instante y estado en que puede leerse el valor del torque que seala el medidor.El espesor de fluido es pequeo y puede suponerse distribucin lineal velocidades.

Diagrama Esfuerzo-Deformacin.Teniendo en cuenta que existen varios tipos de fluidos y que cada uno tiene un comportamiento diferente, este comportamiento se puede graficar en un diagramavsdu/dx, es decir, un diagrama esfuerzo-deformacin que indica qu tipo de fluido es: newtoniano, no newtoniano, plstico ideal, pseudo plstico o sustancia tixotrpica.

Manmetros.Un manmetro es un tubo; casi siempre doblado en forma de U, que contienen un lquido de peso especfico conocido, cuya superficie se desplaza proporcionalmente a los cambios de presin. Manmetros del tipo abierto; con una superficie atmosfrica en un brazo y capaz de medir presiones manomtricas. Manmetros diferencial; sin superficie atmosfrica y que slo puede medir diferencias de presin. Manmetros Abiertos:Las etapas recomendadas en la resolucin deproblemasde manmetros abiertos son:1. Trazar un bosquejo del manmetro, aproximadamente a escala.2. Tomar una decisin respecto al fluido en que se expresarn las unidades de carga.3. Partiendo de la superficie atmosfrica del manmetro como punto de carga de presin conocida, numrense en orden los niveles de contacto de fluidos de diferentes pesos especficos.4. A partir de la carga de presin atmosfrica, psese de un nivel a otro, sumando o restando las cargas de presin al reducirse o aumentarse la elevacin, respectivamente, considerando los pesos especficos de los fluidos. Manmetros Diferencial:Las etapas o pasos que se utilizan en elclculode diferencia de presiones son:1. Numero de "puntos estratgicos" indicados por los niveles de contacto de los fluidos. Se requiere cierta prctica para escoger los puntos que permitan los clculos ms sencillos.2. A partir de la carga de presin incgnita P/ h en uno de los puntos extremos, escrbase una suma algebraica continua de cargas , pasando de un punto a otro e igualando la suma continua a la carga incgnita P / h en el otro extremo.3. Resulvase la ecuacin para la diferencia de cargas, de presin yredzcase a diferencias de presin si se desea.Prestatos: Diafragma: muy precisos, presiones bajas. Tubo Bourdon: muy precisos, presiones altas. Membrana: bajo pecio. Pistn: muchos ciclos y larga vida. Membrana Pistn: muchosmateriales. Electrnicos.Propiedades de la presin en un medio fluido.

La fuerza asociada a la presin en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de accin y reaccin, resulta en una compresin para el fluido, jams una traccin. La superficie libre de un lquido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es siempre horizontal. Eso es cierto solo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a la accin de la gravedad constante. Si no hay acciones gravitatorias, la superficie de un fluido es esfrica y, por tanto, no horizontal. En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa lquida est sometida a una presin que es funcin nicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. Otro punto a la misma profundidad, tendr la misma presin. A la superficie imaginaria que pasa por ambos puntos se llama superficie equipotencial de presin o superficie isobrica.

Variacin de la presin en un fluido compresible.

Todos los fluidos son compresibles, incluyendo los lquidos. Cuando estos cambios de volumen son demasiado grandes se opta por considerar el flujo como compresible (que muestran una variacin significativa de la densidad como resultado de fluir), esto sucede cuando la velocidad del flujo es cercano a la velocidad del sonido.

En un flujo usualmente hay cambios en la presin, asociados con cambios en la velocidad. En general, estos cambios de presin inducirn a cambios de densidad, los cuales influyen en el flujo, si estos cambios son importantes los cambios de temperatura presentados son apreciables. Aunque los cambios de densidad en un flujo pueden ser muy importantes hay una gran cantidad de situaciones de importancia prctica en los que estos cambios son despreciables.

Metacentro transversal inicial.Supngase un buque con volumen decarenaigual aV, y sucentro de carenaen el punto.B. Si luego lo escoramos un ngulosin alterar el desplazamiento, entonces el centro de carena adoptar una nueva posicinB', tal como se muestra en la figura. La recta de accin del empuje que antes pasaba porBahora pasar porB', Prolongando esa recta hasta cortar el plano de lacruja, o dicho de otro modo a la recta de accin primitiva para cuando el buque estabaadrizado, tendremos en la interseccin de ambas rectas, el puntoM. La coordenada vertical de este punto variar con el ngulo de escora, pero para inclinaciones no mayores a 10 se puede asumir como invariable y recibe el nombre de metacentro transversal inicial, abreviadamente metacentro transversal.Dado que por definicin el metacentro se encuentra en la vertical del centro de carena del buque adrizado, bastar con conocer la distancia verticalBMpara fijar su posicin.Se demuestra que:Donde:lEs el momento de inercia de lasuperficie de flotacincon respecto a su eje baricntrico longitudinal.VEs el volumen de carena.

Desplazamiento de un lquido con aceleracin lineal.Caso 1: Se somete el recipiente a una aceleracin constante en la direccin creciente de x (ver Figura 2). Como consecuencia la superficie adquiere una pendiente distinta de cero.

Imaginamos un volumen pequeo de ancho dx. La presin aplicada sobre el mismo es p sobre la cara izquierda y p+dp sobre la cara derecha (ver Figura 3).

Desplazamiento de un lquido con aceleracin circular.Caso 2: Si hacemos girar el fluido con velocidad angular constante alrededor de su eje de simetra, estamos aplicando una aceleracin radial constante dirigida hacia el eje. De esta manera se forma una superficie libre curva debido a los cambios en la presin generados por este movimiento (ver Figura 4).

La resolucin de este problema es muy similar al Caso 1, teniendo en cuenta que en el presente caso, la aceleracin, como es radial, apunta hacia el eje de rotacin (ver Figura 5).

Principio de Arqumedes.El principio de Arqumedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.La explicacin del principio de Arqumedes consta de dos partes como se indica en la figuras:

El estudio de las fuerzas sobre una porcin de fluido en equilibrio con el resto del fluido. La sustitucin de dicha porcin de fluido por un cuerpo slido de la misma forma y dimensiones.El principio de Arqumedes en los barcos. En el Principio de Arqumedes. Este dice que todo objeto sumergido en un fluido (lquidos o gases) experimentara una fuerza de empuje (hacia arriba) igual al volumen del lquido desplazado. Este principio explica claramente porque los grandes barcos pueden flotar en el agua: gracias a la gran fuerza de empuje debido al gran volumen que desplazan de agua.El principio de Arqumedes en los aerstatos. El principio de Arqumedes es vlido tanto para los lquidos como para los gases. Y bien: los globos aerostticos no son ms que una aplicacin de dicho principio. La navegacin area en globos se basa, pues, en la relacin entre el empuje que recibe el globo y su peso. Es completamente diferente a la navegacin area en aeroplanos, cuerpos de mayor peso especfico que el aire.Si se tiene un globo de un cierto volumen, ste sufre un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del aire que desaloja. Si ese empuje es mayor que el peso del aparato, el globo ascender, porque el peso es una fuerza dirigida de arriba hacia abajo y el empuje, en cambio, est dirigido de abajo hacia arriba. De modo que es lgico que si el empuje es mayor que el peso, el globo ascienda. Interesa, pues, que el aparato sea lo ms liviano posible, o mejor an, que su peso especfico sea menor que el aire. Por eso se los infla con gases ms livianos que el aire, puesto que si se los inflase con aire, el peso y el empuje se equilibraran, y el aparato no ascendera ni un solo metro.