Propiedades de los fluidos

La materia se puede presentar en tres estados:

Los fluidos

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De éstos, se consideran fluidos los líquidos y los gases. Los líquidos son fluidos incompresibles, ya que tienen superficies libres Los gases son fluidos compresibles y se expanden libremente hasta ocupar el recipiente que los contienen

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Entonces los fluidos se definen como un estado de la materia que no tienen volumen propio debido a su poca cohesión intermolecular y por lo tanto se adaptan a la forma del recipiente que lo contiene. Además son poco resistibles a fuerzas tangenciales o cortantes, es decir, ante cualquier fuerza que se le aplique al fluido, este enseguida se pondrá en movimiento.

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Propiedades de los fluidos Todos los fluidos cuentan con propiedades extensivas e intensivas. Las propiedades extensivas son las que dependen del tamaño del sistema como son la masa (m), el volumen (V) y el peso (W). Las propiedades intensivas son las que no dependen del tamaño del sistema como la presión (P), la densidad (ρ) y la temperatura (T).

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Densidad (ρ)

Es la relación entre la masa y el volumen que ocupa el fluido.

Vm

=ρ [kg/m3]

En otras palabras, la densidad es una relación que nos dice qué cantidad de materia que entra en un determinado volumen. Mientras más denso es el cuerpo, más cantidad de moléculas entran por cada unidad de volumen

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Peso específico (γ)

El peso especifico de una sustancia, es la relación de su peso por unidad de volumen, y depende de la aceleración de la gravedad, así como del lugar.

VW

=γ [kg/m3]

gVmg ργ ==

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Gravedad específica (s)

Es la comparación de la densidad o peso específico de una sustancia con respecto a la densidad o peso específico del agua a temperatura estándar.

agua

ciasus

agua

ciasussγ

γρ

ρ tantan ==

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Viscosidad (µ)

Es la propiedad que tienen los líquidos en movimiento para desarrollar fuerzas internas de cortante opuestas a la dirección del movimiento. De acuerdo con las hipótesis de Newton, tales fuerzas internas de fricción (τ) son proporcionales a la velocidad de las partículas (v), al área de contacto (A) y a las propiedades del líquido:

dydvAµτ =

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El coeficiente de proporcionalidad (µ) considera las propiedades del líquido y se denomina viscosidad dinámica (Ley de viscosidad de Newton)

dvdy

Aτµ = [kg/m-seg]

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O Los fluidos pueden clasificarse como newtonianos y no newtonianos

O Un fluido newtoniano es aquel que tiene una relación lineal entre la magnitud del esfuerzo constante aplicado y la tasa de deformación resultante

O Ejemplo de estos fluidos son el agua, aceite, gasolina, alcohol y los gases más comunes M. I. José Antonio Cisneros Rosas

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O Por su parte, en un fluido no newtoniano existe una relación no lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la tasa de deformación angular

O Ejemplo de estos fluidos son algunas grasas y los hidrocarburos espesos

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En la práctica se utiliza mayormente la viscosidad cinemática (ν), que se define como la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad

ρµυ = [m2/seg]

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Presión de vapor

Se define como la presión ejercida por su vapor en equilibrio de fases con su líquido a una temperatura dada

Su objetivo de estudio se debe a la posible caída de presión del líquido, por debajo de la presión de vapor en el sitio y la vaporización resultante no deseada, lo que produce el fenómeno de cavitación al tenerse ondas de alta presión extremadamente destructivas

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Tensión superficial

Es la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie

Este efecto sucede entre un líquido y un gas, un líquido y un solido o dos líquidos inmiscibles, ya que las moléculas del líquido en la superficie libre generan una fuerza que atrae a las moléculas del objeto hacia la superficie, cuando ocurre esto se forma una fina capa entre el líquido y la superficie de contacto (otro líquido, gas u sólido) M. I. José Antonio Cisneros Rosas

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Capilaridad

La capilaridad depende de la tensión superficial y le confiere al líquido la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar. Cuando la cohesión intermolecular del líquido es menor que la adhesión con el material del tubo capilar, el líquido ascenderá. Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, la tensión superficial hace que el líquido descienda.

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O De la figura anterior, se deduce que el ascenso por capilaridad se calcula como

ℎ =2𝜎𝜌𝜌𝜌

𝑐𝑐𝑐𝜙

Densidad del líquido Radio del tubo capilar (cte)

Tensión superficial

Ángulo de contacto del menisco

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Presión (P)

La presión aparece cuando se ejerce una fuerza de compresión normal sobre un área. Es decir, es la relación de la fuerza por unidad de área.

AFP = [kg/m2]

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En la naturaleza se tienen dos tipos de fuerzas: Fuerzas de cuerpo. Actúan sobre las partículas y son proporcionales a la masa del cuerpo.

Fuerzas de superficie. Actúan en la superficie externa y son proporcionales al área de aplicación.

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O Los líquidos no pueden soportar esfuerzos de tensión porque se vaporizarían

O Por ello, en el cálculo de las presiones absolutas no se obtienen valores negativos

O Los líquidos pueden soportar presiones o esfuerzos de compresión con pequeños cambios en la densidad

O Sin embargo, no existe una relación entre presión y densidad para un líquido M. I. José Antonio Cisneros Rosas

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O Para propósitos de análisis, se hace la suposición que el fluido no es viscoso, así que el esfuerzo cortante es igual a cero sin importar el movimiento del fluido

O Si además se considera que este fluido es incompresible, se le conoce como un fluido ideal

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O En cambio, los gases responden a cambios en la presión o a fuerzas de compresión

O En el caso de los gases ideales se establece explícitamente una relación entre presión y densidad

O Se considera a un gas perfecto aquél que tiene viscosidad y es compresible

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O Un gas perfecto debe satisfacer la siguiente relación

O Que se conoce como Ley del Gas Perfecto

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𝑝𝑣𝑠 = 𝜌𝑅

𝑝 = 𝜌𝜌𝑅

Presión absoluta Volumen específico

Temperatura absoluta

Densidad

Tarea 2 O Tablas de

O Propiedades físicas de los fluidos O Propiedades físicas del agua O Propiedades físicas de gases O Viscosidades absolutas de gases y líquidos O Viscosidades cinemáticas de gases y líquidos

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