Sistemas termodinámicos, estática y dinámica de fluidos

Sistemas termodinámicos, dinámica y estática de fluidos

• Camacho Nava Estefany Joselyn
• Jiménez Santillan Regina
• Naranjo Martinez Brenda Sarai
• Sánchez Trejo Tsunami Adonai
• Santiago Sánchez Mayte
• Vázquez Vázquez Jennifer Ruby

2QBT4

Sistemas termodinámicos

"Se define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera terrestre, etc." (European Quality Formation, 2020)

Sistema Abierto

Sistema Cerrado

Sistema Aislado

Estática de fluidos

¿Qué es un fluido?

¿Qué es estática de fluidos?

Presión

Estática de fluidos

Presión en el interior de un líquido

Principios fundamentales de la hidrostática

Principio de Pascal

Problema

Estática de fluidos

Principio de Arquimedes

"Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido nos parece que este pesa menos. Esto es debido a que todo cuerpo sumergido recibe una fuerza de abajo hacia arriba que llamamos empuje." -Fuerza de empuje, fue dada por Arquímedes (287-212 a. C.).

Ejercicio

Dinámica de fluidos

¿Qué es un fluido?

Tipos de flujo

Flujo transicional

Flujo turbulento

Flujo laminar

Dinámica de fluidos

Movimiento de un fluido

Ecuación de continuidad

Forma integral

• Se aplica cuando se considera un volumen de control fijo en el espacio, a través del cual puede fluir el fluido.

• “La ecuación de continuidad expresa la conservación de la masa en un fluido. La ecuación de continuidad es una ecuación que nos explica que la cantidad de fluido que entra por medio de un tubo." (MFCE, 2019)
• Por lo general se mide en litros/segundo es es la misma que la cantidad de flujo que sale del mismo tubo, sin importar si el tuvo tiene más o menos radio a lo largo del mismo.

Forma diferencial

• Se aplica cuando se desea analizar el comportamiento local del fluido en cada punto del espacio.

formula

Ecuación de Bernoulli

“La ec. de Bernouilli relaciona la diferencia de presión entre dos puntos de un tubo de flujo con las variaciones de velocidad y con las variaciones de altura.” (V. & M., 2005)

Formula

Ejercicio

Referencias

• Domingo, A. M. (2011). Apuntes de Mecanica de Fluidos. Creative Commons, 27-38.
• Física Matemáticas Profe William. (17 de Junio de 2021). Ecuación de Bernoulli - Ejercicio resuelto No 1 - Hidrodinámica - Hidráulica. Obtenido de Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=pHi-mmdXYxA
• MFCE. (9 de Febrero de 2019). ECUACIÓN DE CONTINUIDAD. Obtenido de https://sites.google.com/view/tbcjv-mfce/unidad-i-la-forma-de-los-fluidos-y-su-interacci%C3%B3n-en-tu-entorno/introducci%C3%B3n/hidrodin%C3%A1mica/ecuaci%C3%B3n-de-continuidad
• V., G., & M., M. (Mayo de 2005). Drop formation in a falling stream of liquid. Obtenido de Dinámica de fluidos: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/bernoulli/bernouilli.htm
• WissenSync. (30 de Noviembre de 2020). Mecánica de fluidos | Ecuación de continuidad. Obtenido de Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=zmAbpkINowc

¿Qué es un fluido?

"El término fluido hace referencia a sistemas materiales líquidos y gaseosos. Se caracterizan por no poseer forma propia, adquiriendo la del recipiente que los contiene." (Leskow, 2021)

• Las moléculas que los contienen tienen más libertad de movimiento que en los sólidos pudiendo desplazarse entre ellas (líquidos) o libremente (gases).

Características

El flujo es suave y ordenado, con capas de fluido que se deslizan una sobre otra.

• Velocidades bajas.
• Trayectorias de partículas son paralelas.
• Baja viscosidad.

Tubo de fluido o de corriente

• Está formado por un haz de líneas de fluido.
• Como las líneas de fluido son tangentes al vector velocidad en cada punto, las líneas de fluido no atraviesan las paredes del tubo de fluido

Estática de Fluidos

“La estática de fluidos estudia estos sistemas materiales en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición”. (Universida Politécnica de Madrid, 2018) Hidrostática: Estudio del agua como Aerostática: Estudio de gases

Ecuación de continuidad

• S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto.
• V es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería.
• Q es el gasto másico

Principio de arquimedes

• E es el empuje
• dL es la densidad del fluido
• V el «volumen de fluido desplazado»

Características

Es una etapa intermedia entre el flujo laminar y el turbulento, donde el flujo comienza a volverse caótico.

• Velocidades moderadas.
• Mezcla de capas organizadas y caóticas.
• Puede presentar inestabilidad en ciertas regiones.

Donde: • Ves el volumen de control. • S es la superficie que encierra el volumen V. • ρ es la densidad del fluido. • v es la velocidad del fluido. • n es el vector unitario normal a la superficie S. Esta forma es especialmente útil en ingeniería para analizar sistemas como tuberías, conductos y recipientes, donde se quiere estudiar cómo el flujo entra y sale de un volumen específico.

Forma integral

Principio de Pascal

Dentro de las aplicaciones más importantes de este principio tenemos:

• Prensa hidráulica
• Frenos Hidráulicos

El físico francés Blaise Pascal (1623-1662) demostró el principio que lleva su nombre: La presión ejercida sobre un líquido en equilibrio se transmite a todos los puntos del mismo con igual intensidad

Principios de la hidrostática

• Permite conocer la presión que ejerce un líquido cualquiera a una profundidad determinada.
• Los fluidos en equilibrio ejercen fuerzas perpendiculares sobre las superficies de los recipientes que los contienen y sobre las superficies de los cuerpos sumergidos en los mismos.

donde: • ∇ representa la divergencia. Esta forma es útil en la mecánica de fluidos y la dinámica de gases para estudiar fenómenos como la compresión y expansión del fluido, y es fundamental en la formulación de modelos numéricos y simulaciones computacionales de flujos complejos.

Forma diferencial

PRESIÓN

“La estática de fluidos estudia estos sistemas materiales en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición”. (Universida Politécnica de Madrid, 2018)

• P = Presión,
• F = Fuerza
• S = Superficie.

Características

El flujo es desordenado y caótico, con movimientos aleatorios y mezclas intensas.

• Altas velocidades.
• Fluctuaciones en la presión y velocidad.
• Alta viscosidad aparente.

¿Qué es?

Fluido y dinámica

• “La dinámica de fluidos estudia los fluidos en movimiento y es una de las ramas más complejas de la mecánica”. (Domingo, 2011)

• Aunque cada gota de fluido cumple con las leyes del movimiento de Newton las ecuaciones que describen el movimiento del fluido pueden ser extremadamente complejas.