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    C.B.T.I.S 243

    CATEDRATICO:

    ING. MAUGRO JOSEIM GOMEZ ROBLERO

    ALUMNO:JUAN DANIEL VELAZQUEZ PEREZ

    ESPECIALIDAD:OFIMATICA!

    SEMESTRE Y GRUPO:5 A

    MATERIA:FISICA II

    TRABAJO:

    INVESTIGACION

    TEMA:- HIDRODINMICA

    - GASTO VOLUMTRICO

    - TEOREMA DE BERNOULLI

    - ECUACIN DE CONTINUIDAD- TEOREMA DE TORRICELLI

    FECHA DE ENTREGA: 28 DE OCTUBRE DEL 2015.MOTOZINTLA DE MENDOZA, CHIAPAS.

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    INDICE

    OBJETIVOS ----------------------------------------------------------------

    INTRODUCCION -----------------------------------------------------------

    DESARROLLO DEL TEMA:

    HIDRODINAMICA ----------------------------------------------------------- 5-9

    GASTO VOLUMTRICO---------------------------------------- 10-12

    TEOREMA DE BERNOULLI ------------------------------------------- 13-17

    ECUACIN DE CONTINUIDAD-------------------------------------- 18-19

    TEOREMA DE TORRICELLI ------------------------------------------ 20-22

    CONCLUSION ----------------------------------------------------------------- 23

    BIBLIOGRAFIAS -------------------------------------------------------------- 24

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    OBJETIVO

    Esta investigacin servir para que, el estudiante tenga la habilidad y pericianecesaria para aplicar los conceptos bsicos de Hidrodinmica, Gasto

    Volumtrico, Teorema De Bernoulli, Ecuacin De Continuidad y Teorema De

    Torricelli. A problemas prcticos que involucren fluidos newtonianos.

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    INTRODUCCION

    En esta investigacin Conoceremos los conceptos de los temas de HIDRODINAMICA,

    La hidrodinmica estudia el movimiento de los fluidos. Aprenderemos conceptos como

    el caudal y la velocidad de movimiento. Revisaremos la Ecuacin de continuidad.

    Analizaremos los conceptos aplicados a tuberas con cambios de seccin y tuberas

    bifurcadas. Analizaremos la velocidad de la sangre a travs de los grandes y pequeos

    vasos sanguneos y veremos la relacin entre seccin y velocidad.Tmbien

    conoceremos los conceptos de GASTO VOLUMTRICO, TEOREMA DE

    BERNOULLI, En este trabajo, abordaremos dos teoremas fundamentales, los cuales

    hacen referencia a la hidrodinmica; Se trata del Teorema de Bernoulli y el Teorema

    Torricelli, en dichos teoremas se explica el comportamiento de los fluidos. ECUACIN

    DE CONTINUIDAD y TEOREMA DE TORRICELLI. Ya que nos ayudara a poder

    facilitar ms nuestros conocimiento con respectos a ejecicios de estos temas.

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    1. HIDRODINAMICA

    Es la parte de la hidrulica que estudia el comportamiento de los lquidos en

    movimiento. Para ello considera entre otras cosas la velocidad, la presin, el flujo y el

    gasto del lquido.

    En el estudio de la hidrodinmica, el teorema de Bernoulli, que trata de la ley de la

    conservacin de la energa, es de primordial

    importancia, pues seala que la suma de las

    energas cintica, potencial y de presin de un

    lquido en movimiento en un punto determinado

    es igual a la de otro punto cualquiera.

    La hidrodinmica investiga fundamentalmente a los fluidos incompresibles, es decir, a

    los lquidos, pues su densidad prcticamente no vara cuando cambia la presin

    ejercida sobre ellos.

    Cuando un fluido se encuentra en movimiento una capa se resiste al movimiento de

    otra capa que se encuentra paralela y adyacente a ella; a esta resistencia se le llamaviscosidad.

    Para que un fluido como el agua el petrleo o la gasolina fluyan por un tubera desde

    una fuente de abastecimiento, hasta los lugares de consumo, es necesario utilizar

    http://bp3.blogger.com/_v6_RF5SVGd4/SEyXjj5f_RI/AAAAAAAAAC8/Pz139_fg6jw/s1600-h/250px-BernoullisLawDerivationDiagram[1].png
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    bombas ya que sin ellas las fuerzas que se oponen al desplazamiento ente las distintas

    capas de fluido lo impedirn.

    Aplicacin de la Hidrodinmica

    Las aplicaciones de la hidrodinmica, se pueden ver en el diseo de canales, puertos,

    prensas, cascos de barcos, elices, turbinas, y ductos en general.

    El gasto se presenta cuando un lquido fluye atreves de una tubera, que por definicin

    es: la relacin existente entre el volumen del lquido que fluye por un conducto y el

    tiempo que tarde en fluir.

    G= v/t

    Donde:

    G= Gasto en m3/s

    v= volumen del lquido que fluye en m3

    t= tiempo que tarda en fluir el lquido en s

    El gasto tambin puede calcularse si se conoce la velocidad del lquido y el rea de la

    seccin transversal de la tuviera.

    Para conocer el volumen del lquido que pasa por el punto 1 al 2 de la tubera, basta

    multiplicar entre si el rea, la velocidad del lquido y el tiempo que tarda en pasar porlos puntos.

    V= Avt

    Y como G=v/t sustituyendo se tiene:

    G= Av

    En el sistema CGS es gasto se mide en cme/s o bien en unidad practica como lt/s.

    EJEMPLO 1

    Calcular el gasto de agua por una tubera al circular 1.5 m3 en un 1/4 de minuto:

    G= v/t

    G=1.5/15= 0.1 m3/s

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    1.2 Ejemplo de la vida diaria de hidrodinmica:

    La hidrodinmica estudia los lquidos en movimiento, por ejemplo el caudal de un ro,

    el comportamiento del agua en una caera, el movimiento de la sangre en un ser vivo,

    el movimiento de los desages cloacales, la circulacin de las embarcaciones en el

    agua, la medicin del combustible en el expendedor de una estacin de servicio, etc.

    1.3Aplicaciones de la hidrodinmica

    La hidrodinmica, puede tener varias aplicaciones en la vida diaria y en los lugares de

    trabajo como en la ingeniera.

    Estas pueden ser:

    En presas

    Como desahogar las presas

    Utilizando presiones para poder saber el grosor de las paredes

    Construccin de canales y acueductos

    Cunta agua deben desalojar, a qu velocidad y en cuanto tiempo

    Plomera

    Crear plomera sencilla para que en las casas no se use mucha agua

    Colectores pluviales

    Ayudar a las calles a desalojar el agua en las ciudades para evitar encarnaciones e

    inundaciones

    Aviacin

    Ayudando a los aviones a despegar

    http://hidrodinamica-fluidos.blogspot.com/2012/02/aplicaciones-de-la-hidrodinamica.htmlhttp://hidrodinamica-fluidos.blogspot.com/2012/02/aplicaciones-de-la-hidrodinamica.html
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    Fabricacin de barcos

    Automviles

    Ayudndolos a ser ms aerodinmicos y as utilizar menos combustible

    Gatos hidrulicos

    Gras

    Amortiguadores

    Frenos

    1.4 Recopilacin De Frmulas Y Relaciones: Fluidos, Hidrodinmica,Viscosidad.

    Energapotencial

    E=m.g.h m=masa; g=acelerac.gravedad terrestre;h=altura

    Energacintica

    E=1/2 m.v2 m=masa; v=velocidad

    presin p=F/S F=fuerza ; S=superficieenerga de

    presin

    Epr=p.V p=presin sobre paredes tubera ; V=volumen

    fluidoflujo flujo=m/(S.t)=v.d/t

    m=masa; S=seccin tubera; t=tiempo; v=veloc.;d=densidad

    principidecontinuida

    d

    v1/v2=S1/S2 [vi= velocidadlquido alatravesar cadaseccin]

    v1,v2=velocidades lquido; S1, S2=secciones tubera

    energamecnicadel lquido

    E=m.g.h+m.v2/2+p.V

    m=masa=acel.gravedad;h=altura=veloc.;p=presin=volumen

    teorema deBernoulli fundamentalhidrosttica:d.g.h+d.v2/2+p=K (encualquierpunto de latubera)

    d=densidad;g=acel.gravedad;h=altura;v=veloc.;p=presin;K=constante

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    teoremaTorricelli

    velocidad desalida delquido por unorificio:v=(2.g.h)

    h=altura de superficie libre del lquido sobrectro.gravedad del orificio

    viscosidad (fuerza derozamientointerno entredos capas defluido)F=.S.DV/Dh

    =coef.visc.dinmica;S=superf.contacto;V=dif.veloc.;h=distan.vertical

    coef.viscosidad

    dinmica

    =F.h/S.V F=fuerza rozam.inter.; S=superf.contacto; V=veloc.;h=distan. Vertical

    viscosidadcinemtica

    c=/ h=coef.viscosidad dinmica ; =densidad

    viscosidadrelativa cinemtica: cr=t/ta;dinmica: r=(t/ta)

    t=tiempo flujo fluido; ta=tiempo flujo agua(a mismaT); r=dens.fluido

    ndiceReynolds

    (velocidadcrtica de pasode rgimenlaminar aturbulento)Vc=R.c/d

    R (ndice Reynolds)=2400; c=c.viscosidadcinemt.; d=dimetro tuber.

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    2. GASTO VOLUMETRICO

    El caudal volumtrico o tasa de flujo de fluidos es el volumen de fluido que pasa por

    una superficie dada en un tiempo determinado. Usualmente es representado con la

    letra Q mayscula.

    Algunos ejemplos de medidas de caudal volumtrico son: los metros cbicos por

    segundo (m3/s, en unidades bsicas del Sistema) y el pie cbico por segundo (cu

    ft/s en el sistema ingls de medidas).

    Dada un rea A, sobre la cual fluye un fluido a una velocidad uniforme v con un

    ngulo desde la direccin perpendicular a A, la tasa del caudal volumtrico es:

    En el caso de que el caudal sea perpendicular al rea A, es decir, , la tasa del

    flujo volumtrico es:1

    el gasto volumtrico o flujo volumtrico es el gasto en volumen por unidad de tiempo,

    por ejemplo 4 litros/segundo

    el gasto msico o flujo de masa es el gasto en unidades de masa por unidad de tiempo

    por ejemplo 4 kilogramos/segundo 7 libras/segundo

    Medicin del flujo volumtrico

    https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81reahttps://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_volum%C3%A9trico#cite_note-1https://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_volum%C3%A9trico#cite_note-1https://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea
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    Se acepta que el flujo volumtrico significa el volumen de un medio que se mueve a

    travs de una seccin transversal dentro de un perodo de tiempo dado.

    Q: flujo volumtrico en [m/s], [l/min], [m/h]

    V: volumen en [cm], [dm], [m]

    t: tiempo en [s], [min], [h],

    Velocidad de flujo en un tubo

    La siguiente relacin aplica adicionalmente a lquidos y gases:

    V: flujo volumtrico en [m/s]

    c: velocidad de flujo media en [m/s]

    A: seccin transversal en el punto pertinente en [m]Donde se conoce la superficie de la seccin transversal (tubos, canales) se puede usar

    esta frmula para calcular el flujo volumtrico, siempre que se mida la velocidad del

    flujo.

    Como la velocidad de flujo a

    travs de una seccin

    transversal no es constante

    (vase la representacin), lavelocidad de flujo media c se

    determina por integracin

    (vase clculo integral):

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    C: velocidad en un punto de la seccin transversal (funcin del emplazamiento => f

    (xy) si la direccin del flujo es = z)

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    3. TEOREMA DE BERNOULLI

    El principio de Bernoulli, tambin denominado ecuacin de Bernoulli o Trinomio deBernoulli, describe el comportamiento de un fluido en reposo movindose a lo largo de

    una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su

    obra Hidrodinmica (1738) y expresa que en un fluido ideal

    (sin viscosidad ni rozamiento) en rgimen de circulacin por un conducto cerrado,

    la energa que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La

    energa de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

    Cintica: es la energa debida a la velocidad que posea el fluido.

    Potencial gravitacional: es la energa debido a la altitud que un fluido posea.

    Energa de flujo: es la energa que un fluido contiene debido a la presin que posee.

    La siguiente ecuacin conocida como Ecuacin de Bernoulli (Trinomio de Bernoulli)

    consta de estos mismos trminos.

    Donde:

    = velocidad del fluido en la seccin considerada.

    = densidad del fluido.

    = presin a lo largo de la lnea de corriente.

    = aceleracin gravitatoria

    = altura en la direccin de la gravedad desde una cota de referencia.

    Para aplicar la ecuacin se deben realizar los siguientes supuestos:

    Viscosidad (friccin interna) = 0 Es decir, se considera que la lnea de corriente sobre

    la cual se aplica se encuentra en una zona no viscosa del fluido.

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    Caudal constante

    Flujo incompresible, donde es constante.

    La ecuacin se aplica a lo largo de una lnea de corriente o en un flujo rotacional

    Aunque el nombre de la ecuacin se debe a Bernoulli, la forma arriba expuesta fue

    presentada en primer lugar por Leonard Euler.

    Un ejemplo de aplicacin del principio lo encontramos en el flujo de agua en tubera.

    Cada uno de los trminos de esta ecuacin tiene unidades de longitud, y a la vez

    representan formas distintas de energa; en hidrulica es comn expresar la energa

    en trminos de longitud, y se habla de altura o cabezal, esta ltima traduccin del

    ingls head. As en la ecuacin de Bernoulli los trminos suelen llamarse alturas ocabezales de velocidad, de presin y cabezal hidrulico, del ingls hydraulic head; el

    trmino se suele agrupar con (donde ) para dar lugar a la

    llamada altura piezo mtrica o tambin carga piezomtrica. Caractersticas y

    consecuencia

    Tambin podemos reescribir este principio en forma de suma de presiones

    multiplicando toda la ecuacin por , de esta forma el trmino relativo a la velocidad se

    llamar presin dinmica, los trminos de presin y altura se agrupan en la presin

    esttica.

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    Esquema del efecto

    Venturi.

    O escrita de otra manera ms sencilla:

    Donde

    Es una constante-

    Igualmente podemos escribir la misma ecuacin como la suma de la energa cintica,

    la energa de flujo y la energa potencial gravitatoria por unidad de masa:

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    3.1 Aplicaciones del Principio de Bernoulli

    Chimenea

    Las chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es ms constante

    y elevada a mayores alturas. Cuanto ms rpidamente sopla el viento sobre la boca

    de una chimenea, ms baja es la presin y mayo

    Tubera

    La ecuacin de Bernoulli y la ecuacin de continuidad tambin nos dicen que si

    reducimos el rea transversal de una tubera para que aumente la velocidad del fluido

    que pasa por ella, se reducir la presin. Es la diferencia de presin entre la base y laboca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustin se extraen mejor.

    Ecuacin de continuidad

    Cuando un fluido fluye por un conducto de dimetro variable, su velocidad cambia

    debido a que la seccin transversal vara de una seccin del conducto a otra.

    En todo fluido incompresible, con flujo estacionario (en rgimen laminar), la velocidad

    de un punto cualquiera de un conducto es inversamente proporcional a la superficie,en ese punto, de la seccintransversal de la misma.

    La ecuacin de continuidad no es ms que un caso particular del principio de

    conservacin de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer

    constante a lo largo de toda la conduccin.

    Dado que el caudal es el producto de la superficie de una seccin del conducto por la

    velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dos puntos de una misma tubera

    se debe cumplir que:

    Que es la ecuacin de continuidad y donde:

    S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto.

    http://www.juntadeandalucia.es/averroes/educacion_permanente/glosario/index.php/Transversalhttp://www.juntadeandalucia.es/averroes/educacion_permanente/glosario/index.php/Transversal
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    v es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubera.

    Se puede concluir que puesto que el caudal debe mantenerse constante a lo largo de

    todo el conducto, cuando la seccin disminuye, la velocidad del flujo aumenta en la

    misma proporcin y viceversa.

    En la imagen de la derecha puedes ver como

    la seccin se reduce de A1 a A2. Teniendo en

    cuenta la ecuacin anterior:

    Es decir la velocidad en el estrechamiento

    aumenta de forma proporcional a lo que se

    reduce la seccin.

    Aplicando la ecuacin de continuidad:

    Sustituyendo por la expresin de la superficie del crculo:

    Simplificando y despejando:

    Sustituyendo:

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    4. ECUACIN DE CONTINUIDAD

    Esta expresin expresa la idea de que la masa

    de fluido que entra por el extremo de un tubo

    debe salir por el otro extremo.

    En un fluido en movimiento, las molculas

    poseen una velocidad determinada, de forma

    que para conocer el movimiento del fluido, hace

    falta determinar en cada instante su

    correspondiente campo de velocidades. En

    dicho campo es donde se obtiene el llamado

    tubo de corriente. El tubo de corriente es, por tanto, el espacio limitado por las lneas

    de corriente que pasan por el contorno de una superficie, situada en el seno de un

    lquido.

    Para obtener la expresin de continuidad hay que partir de un elemento de volumen

    en forma de paraleleppedo de elemento de volumen dV, y lados dx, dy y dz.

    Tratamos una pequea masa de fluido que se mueve en un tubo. En la posicin 2, con

    una seccin de valor A2, el fluido tiene una rapidez v2 y una densidad

    2.Corriente abajo en la posicin A las cantidades son A1,

    v1 y 1.

    Puesto que ningn fluido puede atravesar las paredes del tubo, entonces el gasto

    msico debe ser el mismo entre los dos puntos. Matemticamente:

    A2 v2 2 = 1 A1 v1

    Esta ecuacin es una particularidad de la ecuacin de continuidad y est definida para

    el caso de fluidos incompresibles, es decir de densidad constante y estacionaria, por

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    tanto, la velocidad en cada punto es siempre la misma, aunque vare de unos puntos

    a otros.

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    5. TEOREMA DE TORRICELLI

    Es una aplicacin de Bernoulli y estudia el flujo de un lquido contenido en un

    recipiente, a travs de un pequeo orificio, bajo la accin de la gravedad. A partir del

    teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un lquido por un orificio.

    "La velocidad de un lquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendra un

    cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vaco desde el nivel del lquido hasta el

    centro de gravedad del orificio": se puede calcular la velocidad de la salida de un

    lquido por un orificio

    Donde:

    = velocidad terica del lquido a la salida del orificio

    = velocidad de aproximacin

    = distancia desde la superficie del lquido al centro del orificio

    = aceleracin de la gravedad

    En la prctica, para velocidades de aproximacin bajas la expresin anterior se

    transforma en:

    Donde:

    = velocidad del lquido a la salida del orificio

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    = coeficiente que puede admitirse para clculos preliminares, en aberturas de

    paredes delgadas, como 0.61

    La velocidad del chorro que sale por un nico agujero en un recipiente es

    directamente proporcional a la raz cuadrada de dos veces el valor de la aceleracin

    de la gravedad multiplicada por la altura a la que se encuentra el nivel del fluido a partir

    del agujero.

    Matemticamente se tiene:

    v = raz cuadrada ((2 * g) * (h))

    Ejemplo de aplicacin del teorema de Torricelli (vaciado de un recipiente):

    Un depsito cilndrico, de seccin S1 tiene un orificio muy pequeo en el fondo de

    seccin S2 mucho ms pequea que S1:

    Aplicamos el teorema de Bernoulli suponiendo que la

    velocidad del fluido en la seccin mayor

    Aplicamos el teorema de Bernoulli suponiendo que lavelocidad del fluido en la seccin s1 es despreciable, v1

    es ms o menos 0 comparada con la velocidad del fluido

    v2 en la seccin menor s2.

    Por otra parte, el elemento de fluido delimitado por las

    secciones S1 y S2 est en contacto con el aire a la misma

    presin, luego p1=p2=p0.

    Finalmente, la diferencia entre alturas y1- y2 = H. siendo

    H la altura de la columna del fluido.

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    La ecuacin de Bernoulli:

    5.1 Aplicacin del teorema de Torricelli:

    Es una aplicacin del teorema de Bernoulli cuando quieres conocer la velocidad de

    salida de un lquido a travs de un orificio en un recipiente.

    Por ejemplo, si tienes un bote lleno de agua y le haces un agujero en el centro, el agua

    va a comenzar a salir; el teorema de Torricelli nos permite calcular la velocidad con

    que sale de ese lquido.

    La frmula es:

    V= Raz de 2gh

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    COCLUSION

    A la conclusin que llegue es de que estos conceptos me ayudan a tener ms practica

    ya que conoc sus frmulas aplicaciones a y con algunos ejemplos y nos ayudara a

    poder hacer problemas con respecto a estos temas investigado tambin nos servirpara una carrera que nosotros emprenderemos ya que la fsica es una herramienta

    bsica de una carrera o es la rama de las ingenieras.

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    BIBLIOGRAFIAS

    http://html.rincondelvago.com/hidrodinamica_1.html

    https://fisicaeccifab.wordpress.com/segundo-corte/principio-de-bernoulli/teorema-de-torricelli/

    https://peraltablog.wordpress.com/fisica/segundo-corte/fluidos/bibliografia-de-daniel-bernoulli/teorema-de-bernoulli-y-sus-aplicaciones/

    https://fisicaeccifab.wordpress.com/segundo-corte/principio-de-bernoulli/teorema-de-torrice

    https://danielarodriguez792.wordpress.com/segundo-corte/gasto-o-caudal/

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