FLOTABILIDAD
En la ingeniería el efecto de presión que ejerce el agua sobre las paredes del recipiente o un cuerpo flotante tiene una esencial importancia, basándose estos efectos en la Hidrostática, ciencia que estudia los líquidos en reposo y las presiones que éstos ejercen sobre dichos objetos.
Uno de los primeros descubrimientos científicos sobre el campo de la Hidrostática fue realizado por Arquímedes, en donde llego a la conclusión de que si se sumerge en un recipiente lleno de agua un objeto, esté desplazaría un volumen de agua igual a su propio volumen. Mediante este experimento se quiso establecer si la corona del tirano de Siracusa, Gelón, fue realizada en su totalidad de oro puro, Arquímedes determino mediante el proceso anterior el peso especifico del oro y la plata llegando a encontrar que la corona tenía un peso específico global inferior al del oro puro, demostrando que estaba hecha de una mezcla de distintos metales.
Una consecuencia directa de este principio de Arquímedes es la Flotabilidad, entendiéndose como el efecto producido en un cuerpo que se encuentra sumergido o flotando en un fluido, y es empujado hacia arriba por una fuerza igual al peso del fluido desplazado. La fuerza flotante actúa verticalmente hacia arriba a través del centroide del volumen desplazado y se le puede definir de manera matemática mediante la siguiente forma:
Uno de los primeros descubrimientos científicos sobre el campo de la Hidrostática fue realizado por Arquímedes, en donde llego a la conclusión de que si se sumerge en un recipiente lleno de agua un objeto, esté desplazaría un volumen de agua igual a su propio volumen. Mediante este experimento se quiso establecer si la corona del tirano de Siracusa, Gelón, fue realizada en su totalidad de oro puro, Arquímedes determino mediante el proceso anterior el peso especifico del oro y la plata llegando a encontrar que la corona tenía un peso específico global inferior al del oro puro, demostrando que estaba hecha de una mezcla de distintos metales.
Una consecuencia directa de este principio de Arquímedes es la Flotabilidad, entendiéndose como el efecto producido en un cuerpo que se encuentra sumergido o flotando en un fluido, y es empujado hacia arriba por una fuerza igual al peso del fluido desplazado. La fuerza flotante actúa verticalmente hacia arriba a través del centroide del volumen desplazado y se le puede definir de manera matemática mediante la siguiente forma:
Donde ρf y ρs son respectivamente la densidad del fluido y del sólido sumergido; V el volumen del cuerpo sumergido; y g la aceleración de la gravedad. Esta fuerza es medida en Newtons en el SI.
Experimento:
Material:
Vaso con agua
Cucharilla
Huevo crudo
Sal
Montaje:
1. Llena el vaso con agua.
2. Coloca el huevo en el vaso y comprueba que se va al fondo.
3. Saca el huevo del vaso y añade sal al agua hasta lograr la saturación de la disolución. Coloca el huevo en el vaso y comprueba que flota.
4. Sin sacar el huevo del vaso añade agua lentamente. Poco a poco el huevo se hunde. Puede lograrse que el huevo se quede flotando sin hundirse del todo en el interior del agua.
Explicación:
Un cuerpo sumergido en un líquido experimenta dos fuerzas:
• El peso: es la fuerza con que lo atrae la Tierra (depende de la masa del cuerpo)
• El empuje: es la fuerza que hace hacia arriba el líquido (depende del volumen del cuerpo y de la densidad del líquido)
Si el peso es mayor que el empuje, el cuerpo se hunde. En caso contrario flota y si son iguales, queda entre dos aguas. Al poner el huevo en el agua se hunde ya que su peso es superior al empuje. Al añadir sal al agua, conseguimos un líquido más denso que el agua pura, lo que hace que el empuje que sufre el huevo sea mayor y supere el peso del huevo: el huevo flota.
PRESION DE VAPOR
La presión de vapor o presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura la fase líquida y vapor se encuentran en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado.
Esta propiedad posee una relación inversamente proporcional con las Fuerzas de Atracción Intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el módulo de las mismas, mayor deberá ser la cantidad de energía entregada (ya sea en forma de calor u otra manifestación) para vencerlas y producir el cambio de estado.
Influencia de la naturaleza y de la temperatura en un líquido
El valor de la presión de vapor saturado de un líquido, demuestra un valor claro de su volatilidad, los líquidos mas volátiles como el éter, la gasolina, o la acetona, tienen una presión de vapor saturado mas alta, por lo que este tipo de líquidos, confinados en un recipiente cerrado, mantendrán a la misma temperatura, un presión mayor que otros menos volátiles. Eso explica porqué, a una temperatura ambiente, cuando destapamos un recipiente con gasolina, notamos que hay una presión considerable en el interior, mientras que si el líquido es por ejemplo; agua, cuya presión de vapor saturado es más baja, apenas lo notamos cuando se destapa el recipiente. De igual manera si se coloca un líquido poco volátil como el agua en un recipiente y lo calentamos, obtendremos el mismo efecto del punto anterior, es decir una presión notable al destaparlo. Esta relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de las sustancias, no produce un efecto lineal, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicará la presión, pero si se cumplirá siempre, que para cada valor de temperatura, habrá un valor fijo de presión de vapor saturado para cada líquido.
Esta propiedad posee una relación inversamente proporcional con las Fuerzas de Atracción Intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el módulo de las mismas, mayor deberá ser la cantidad de energía entregada (ya sea en forma de calor u otra manifestación) para vencerlas y producir el cambio de estado.
Influencia de la naturaleza y de la temperatura en un líquido
El valor de la presión de vapor saturado de un líquido, demuestra un valor claro de su volatilidad, los líquidos mas volátiles como el éter, la gasolina, o la acetona, tienen una presión de vapor saturado mas alta, por lo que este tipo de líquidos, confinados en un recipiente cerrado, mantendrán a la misma temperatura, un presión mayor que otros menos volátiles. Eso explica porqué, a una temperatura ambiente, cuando destapamos un recipiente con gasolina, notamos que hay una presión considerable en el interior, mientras que si el líquido es por ejemplo; agua, cuya presión de vapor saturado es más baja, apenas lo notamos cuando se destapa el recipiente. De igual manera si se coloca un líquido poco volátil como el agua en un recipiente y lo calentamos, obtendremos el mismo efecto del punto anterior, es decir una presión notable al destaparlo. Esta relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de las sustancias, no produce un efecto lineal, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicará la presión, pero si se cumplirá siempre, que para cada valor de temperatura, habrá un valor fijo de presión de vapor saturado para cada líquido.
Punto de Ebullición
De los conceptos desprendidos anteriormente se genera el de Punto de Ebullición que es el valor de la temperatura para la cual la presión de vapor saturado de un liquido cualquiera alcanza la presión que esta sometido, deduciendo de esta forma que el punto de ebullición dependerá de la presión a la cual esta sometido y que será mas bajo para presiones bajas y mas alto para el caso contrario. Este fenómeno se aprovecha en la práctica para muchas aplicaciones, algunas tan simples como la conocida olla a presión, y otras tan complejas e importantes como las grandes calderas de vapor, las máquinas refrigeradoras o la producción de aire líquido.
CAVITACION
La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.
El fenómeno puede producirse en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, Venturis, etc.), que en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas), y es de vital importancia por los efectos destructivos que en las estructuras y máquinas hidráulicas mal proyectadas o mal instaladas produce la cavitación es preciso estudiar este fenómeno, para conocer sus causas y controlarlo.
El proceso físico de la cavitación es casi exactamente igual que el que ocurre durante la ebullición. La mayor diferencia entre ambos consiste en cómo se efectúa el cambio de fase. La ebullición eleva la presión de vapor del líquido por encima de la presión ambiente local para producir el cambio a fase gaseosa, mientras que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor.
Para que la cavitación se produzca, las "burbujas" necesitan una superficie donde nuclearse. Esta superficie puede ser la pared de un contenedor o depósito, impurezas del líquido o cualquier otra irregularidad.
El factor más determinante en cómo se produce la cavitación es la temperatura del líquido. Al variar la temperatura del líquido varía también la presión de vapor de forma importante, haciendo más fácil o difícil que para una presión local ambiente dada la presión de vapor caiga a un valor que provoque cavitación.
BIBLIOGRAFIA
El fenómeno puede producirse en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, Venturis, etc.), que en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas), y es de vital importancia por los efectos destructivos que en las estructuras y máquinas hidráulicas mal proyectadas o mal instaladas produce la cavitación es preciso estudiar este fenómeno, para conocer sus causas y controlarlo.
El proceso físico de la cavitación es casi exactamente igual que el que ocurre durante la ebullición. La mayor diferencia entre ambos consiste en cómo se efectúa el cambio de fase. La ebullición eleva la presión de vapor del líquido por encima de la presión ambiente local para producir el cambio a fase gaseosa, mientras que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor.
Para que la cavitación se produzca, las "burbujas" necesitan una superficie donde nuclearse. Esta superficie puede ser la pared de un contenedor o depósito, impurezas del líquido o cualquier otra irregularidad.
El factor más determinante en cómo se produce la cavitación es la temperatura del líquido. Al variar la temperatura del líquido varía también la presión de vapor de forma importante, haciendo más fácil o difícil que para una presión local ambiente dada la presión de vapor caiga a un valor que provoque cavitación.
BIBLIOGRAFIA
-fq-experimentos.blogspot.com/2007/10/flotabilidad.html
-es.wikipedia.org/wiki/Presión_de_vapor
-fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujodegases/presiondevapor/presiondevapor.html
-www.aguamarket.com/diccionario/terminos.asp?Id=3661
-apuntes.rincondelvago.com/cavitacion_1.html
INTEGRANTES:
ALVARADO YUNUARI CI: 16.590.616
ARIAS GUILLERMO CI: 11.104.457
LENZ GUNTER CI: 13.036.801
MALDONADO YENNY CI: 11.166.826
MARTINEZ MIGUEL CI: 5.968.753
PALENCIA ERICK CI: 15.153.844
Sección B
