Ensayo de los fluidos

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unidad de fuerzas.

Sistema pie-poundal-segundo: la fuerza unitaria es la que, al actuar sobre el cuerpo de 1 lb de masa, le da una aceleración de 1 pie por segundo y se denomina poundal; por ende, 1 poundal de fuerza = 1 lb de masa X 1 pie por seg por seg. Por 1 lb de masa se entiende una cantidad de materia equivalente a la que hay en un bloque de metal que se conoce como libra estándar y que se conservan en Washington, D.C.

Sistema métrico: la unidad de fuerza es la que, al actuar sobre un cuerpo de una masa de 1 gramo, le da una aceleracion de 1 cm por seg por seg y se denomina dina; por ende, 1 dina de fuerza = 1 gramo de masa X 1 cm por seg por seg. La unidad de masa es el gramo, que se define como 1/1000 de la masa de un bloque de platino que se conserva en Sevres, Francia, y que se conoce como kilogramos prototipos.

El sistema métrico y el pie, libra y segundo se relacionan mediante las siguientes unidades de longitud y peso.

1 metro = 3.2808 pies

1 kilogramo = 2.2046 lb

Propiedades generales de los fluidos.

Definiremos las propiedades de los fluidos que tienen una importancia fundamental para el estudio de la hidráulica.

Peso unitario w. el peso unitario de una unidad de volumen de un fluido. En unidades de libras, pie y segundo, el peso unitario se expresa en libras por pie cubico.

Densidad de masa ρ (rho): la masa por unidad de volumen. Asi, en unidades gravitacionales de ingeniería, se tiene:

ρ=ω/g o ω=ρg

Donde g es igual a la aceleración debida a la gravedad. En unidades de pie, libra y segundo, la densidad de una masa es de slugs por pie cubico, o sea:

〖lb/pies〗^3/〖pie/seg〗^2 =〖1lb seg〗^2/〖pie〗^4

En el sistema métrico, la densidad se mide en gramos por centímetro cubico, por ende, es numéricamente igual a la gravedad especifica.

Gravedad especifica s. la gravedad especifica es la relación entre el peso unitario de un fluido y el peso unitario del agua a 4° C (39.2° F).

Viscosidad µ (mu). La viscosidad es la propiedad de un fluido que determina la cantidad de su resistencia a un esfuerza de corte. Un fluido perfecto no tendrá viscosidad. No hay fluido perfecto; pero los gases tienen menos variación que los líquidos. El agua es uno de los líquidos menos viscosos, mientras que la glicerina, el aceite pesado y las mezclas son líquidos que tienen viscosidades relativamente altas.

Viscosidad de los líquidos disminuye al elevarse la temperatura, mientras que la de los gases se incrementa la temperatura, mientras que la de los gases se incrementa al aumentar la temperatura.

Las bases matemáticas de la viscosidad se pueden deducir de la figura.

Téngase en cuenta dos placas paralelas de extensión indefinida a una distancia x una de otras, con el espacio entre ellas lleno con un fluido; además, supóngase que una de esas placas se desplazan paralelamente a la otra con una velocidad v. Se hacen las suposiciones que siguen:

Que las partículas de un fluido en contacto con una superficie móvil tienen la velocidad de esa superficie.

Que la rapidez de cambio de la velocidad es uniforme en la dirección del movimiento.

Que el esfuerzo de corte en fluido es proporcional a la rapidez de cambio de la velocidad.

Por la suposición 2, a partir de triángulos semejantes, se tiene

V/x=dv/dx

Por la suposición 3, el esfuerzo unitario de corte es

τ(tau)= μ dv/dx

Donde µ es un factor de proporcionalidad, denominado coeficiente de viscosidad; por tanto,

V/x=τ/μ

y

μ=τx/V

Si las placas tienen una separación de una unidad de distancia y se desplazan con una velocidad relativa unitaria,

μ=τ

En este caso, µ se conoce como viscosidad dinámica o absoluta; en esa forma, se define como la fuerza necesaria para desplazar una superficie plana de área unitaria a una velocidad relativa unitaria, paralela a otra superficie, situada a una distancia unitaria y con el espacio entre las dos superficies lleno con el fluido dado.

Las unidades pie-libra-segundo en que se expresa la viscosidad dinámica se pueden evaluar a partir de la ecuación 4. El esfuerzo de corte unitario τ está en libras por pie cuadrado, la distancia x está en pies y la velocidad v, en pies por segundo; por consiguiente, las unidades de µ son

(lb⁄(〖pie〗^2 X pie))/(pie⁄seg)= (lb seg)/〖pie〗^2 = slug/(pie seg)

En le sistema métrico, la unidad de viscosidad es el poise. Un poise es igual a 0.01 poise. Un poise es igual a una dina seg por cm². Un centipoise es igual a 0.01 poise. Se ha determinado experimentalmente que la viscosidad dinámica del agua es de 20° C es de un centipoise. La razón de la viscosidad dimanica de cualquier fluido a la viscosidad dinámica del agua a 20° C se denomina viscosidad relativa, por consiguente, cuando se expresa en centipoise, la viscosidad dinámica de un fluido a su densidad de masa. Así,

v=μ/ρ

Y las unidades son

((lb seg)⁄〖pie〗^2 )/(〖lb seg〗^2⁄〖pie〗^4 )=〖pie〗^2/seg

En el sistema métrico, la unidad de viscosidad cinemática se denomina stoke. Un stoke = 1 cm² por segundo.

La viscosidad de los líquidos se mide con un instrumento denominado viscosímetro. Los viscosímetros tienen varios diseños: entre los más utilizados en Estados Unidos se encuentran el Saybolt y el Ostwald. La viscosidad se determina, mediante ecuaciones o tablas, a partir del tiempo necesario para que cierta cantidad de líquidos fluya por tubo capilar de diseño especifico, en condiciones normales.

La viscosidad del aire y los gases se ha determinado por método del tubo capilar y por la fuerza de torsión producida al hacer girar un cilindro dentro de otro ligeramente mayor, con el espacio entre ellos lleno con el fluido cuya viscosidad se trata de averiguar.

Tensión superficial