FUNDAMENTOS FÍSICOS EN LA INGENIERÍA I

Marta VARO MARTÍNEZDpto. Física Aplicada (UCO)

BLOQUE I: MECÁNICA

TEMA 6.: MECÁNICA DE FLUIDOS

FUNDAMENTOS FÍSICOS EN LA INGENIERÍA I

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

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

FUNDAMENTOS FÍSICOS EN LA INGENIERÍA I

OBJETIVOS•Conocer los estados de la materia y sus características•Saber definir el concepto físico de fluido•Entender el significado físico de los conceptos dedensidad y presión•Saber cómo depende la presión con la altura•Ser capaz de describir las variables que caracterizan aun fluido en reposo•Entender y saber aplicar la Ley de Pascal y el Principiode Arquímedes•Ser capaz de describir las variables que caracterizan aun fluido en movimiento.•Entender y saber aplicar las ecuaciones de continuidady Bernouilli•Entender el concepto de viscosidad

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

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•SÓLIDO:�forma y volumen definidos�Baja compresibilidad

•LÍQUIDO:�volumen definido�forma no definida�baja compresibilidad

•GASEOSO:�volumen y forma no definido�alta compresibilidad

•PLASMA

ESTADOS DE LA MATERIATema 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

FLUIDOS

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

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DENSIDAD

Si ρρρρ=cte ⇒⇒⇒⇒ Cuerpo homogéneoSi ρ≠ρ≠ρ≠ρ≠cte ⇒⇒⇒⇒ Cuerpo heterogéneo

¡¡Escalar!!

La densidad depende de laTemperatura y la Presión.

La densidad de los gases esmucho menor que la densidad delos sólidos y los líquidos (lasmoléculas están más separadas)

Tema 6:

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PRESIÓN

•La presión dentro del fluido no es la misma en todos lospuntos•La presión del fluido en el nivel donde se encuentrasumergido el cuerpo se define como la razón de la magnitudde la fuerza normal a la superficie y el área.

n

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!!

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ECUACIÓNHIDROSTÁTICA

ESTÁTICA DE FLUIDOSTema 6:

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d

dd

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

Presión manométrica : diferencia entre la presiónabsoluta y la presión atmosférica

ESTÁTICA DE FLUIDOS

Fluido Homogéneo ( ρρρρ=cte)

La presión disminuye con la alturay aumenta con la profundidad en elfluidoLa presión se mantiene cte en todoslos puntos a igual profundidad

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:

•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

EJERCICIO: En una prensa hidráulica como la de la figura, elpistón grande tiene una sección transversal con área 200 cm2

y el menor tiene un área de sección transversal de 5 cm2. Sise aplica una fuerza de 250 N al pistón pequeño, encuentre lafuerza sobre el pistón grande

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ESTÁTICA DE FLUIDOSLEY DE PASCAL:Un cambio en la presión aplicada a un fluido encerrado setransmite íntegramente a cualquier punto del fluido y a lasparedes del recipiente que lo contienen.

Tema 6:

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ESTÁTICA DE FLUIDOSPRINCIPIO DE ARQUÍMEDES:

Fuerza de Empuje: Cualquier cuerpo inmerso en un fluido esempujado siempre verticalmente hacia arriba por el fluido.El principio de Arquímedes establece que:“cualquier cuerpo total o parcialmente sumergid o en un fluido es empujado hacia arriba por una f uerza que es igual al peso del volumen de fluido desplaza do

por el cuerpo”.La línea de acción de la fuerza de empuje pasa por el puntodonde se encontraba el centro de gravedad del fluido desplazado.

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ESTÁTICA DE FLUIDOSPRINCIPIO DE ARQUÍMEDES:

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

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ESTÁTICA DE FLUIDOSPRINCIPIO DE ARQUÍMEDES:

N

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

Clasificación de los flujos atendiendo al campo develocidades:

�Estacionario y no estacionario�Uniforme y no uniforme

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DINÁMICA DE FLUIDOS

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

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DINÁMICA DE FLUIDOSTipos de Fluidos:

•Ideal: No ejercen fuerzas tangenciales (rozamientos) sobreuna superficie ni en reposo ni en movimiento•Real: Ejercen fuerzas tangenciales (rozamientos) sobreuna superficie cuando están en movimiento

� Flujo laminar .� Flujo turbulento .

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DINÁMICA DE FLUIDOS

Debido a que el movimiento de un fluido real es muycomplejo, consideraremos un modelo de fluido ideal yestacionario con las siguientes restricciones:

• fluido incompresible: densidad constante en eltiempo

• 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 cadapartícula de fluido no experimenta rotación.

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

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DINÁMICA DE FLUIDOSECUACIÓN DE CONTINUIDAD:

Caudal

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DINÁMICA DE FLUIDOSECUACIÓN DE BERNOUILLI:

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

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DINÁMICA DE FLUIDOSECUACIÓN DE BERNOUILLI:

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

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