DINMICA DE FLUIDOS I

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Propiedades de los Fludos

Ing. Marco Antonio Salas Marn

La ingeniera hidrulica incluye la aplicacin de las teoras de la

mecnica de fluidos, hidrulica, flujo en tuberas, flujo en canales

abiertos, hidrologa, y purificacin y suministro del agua.

La Ingeniera Hidrulica

La mecnica de los fluidos es la parte de la fsica que estudia el

comportamiento del agua en condiciones estticas y dinmicas.

En la esttica de los fluidos, que se refiere a los fluidos en reposo, el peso especfico es la propiedad ms importante.

En la dinmica de fluidos, que se refiere al flujo de los fluidos, la densidad y la viscosidad son las propiedades que predominan.

La Mecnica de Fludos

Los fluidos son sustancias capaces de fluir, las cuales se adaptan a la forma

de los recipientes que las contienen.

Los fluidos se dividen en lquidos y en gases. Los lquidos son fluidos incompresibles y ocupan un volumen definido, los gases son fluidos

compresibles y se expanden hasta ocupar todas las partes del

recipiente que los contiene.

Un fluido incompresible es aqul cuya densidad es constante bajo condiciones estticas.

Un fluido compresible es aqul cuya densidad no puede suponerse constante bajo condiciones estticas.

Siempre que un fluido est sometido a un esfuerzo cortante, cambia su forma continuamente. Cuando un fluido est en equilibrio, no puede

soportar esfuerzos cortantes.

Hidrosttica se refiere al estudio de fluidos incompresibles en condiciones estticas.

Los Fludos

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Densidad ( ): Masa por unidad de volumen de un fluido. Para obtenerla, se

divide la masa entre el volumen del fluido.

V

m

La densidad tiene unidades de [masa / volumen] La densidad del agua es igual a 1000 kg/m3

Peso especfico ( ): Peso por unidad de volumen de un fluido. Para obtenerlo,

se multiplica la densidad del fluido por la aceleracin de la gravedad.

Donde,

m Masa del fluido V Volumen del fluido

g Donde,

Densidad del fluido g Aceleracin de la gravedad

El valor del peso especfico puede suponerse constante para variaciones de presin.

El peso especfico tiene unidades de [fuerza / volumen] El peso especfico del agua es igual a 9800 N/m3

Propiedades de los Fludos

Densidad relativa: Relacin entre el peso especfico de un fluido y el peso

especfico del agua. La densidad relativa de un fluido es adimensional.

agua

fluidolativaReDensidad

agua

fluido

Donde,

Peso especfico del agua Peso especfico del fluido

dydv /

dydv /

Donde,

Esfuerzos cortantes Razn de cambio de la velocidad con la profundidad

La viscosidad dinmica, tambin es conocida como coeficiente de viscosidad, viscosidad absoluta, o simplemente viscosidad.

El valor de la viscosidad dinmica depende de los cambios de temperatura, pero puede suponerse independiente de los cambios de presin.

La viscosidad tiene unidades de [fuerza * tiempo / rea]

Viscosidad Dinmica ( ): Determina la cantidad de resistencia de un fluido a

los esfuerzos cortantes, sea la resistencia a fluir. La viscosidad se expresa

como la relacin entre los esfuerzos cortantes tangenciales entre las lminas

de flujo y la razn de cambio de la velocidad con la profundidad.

Tensin superficial ( ): Fuerza que acta en la superficie de un lquido (en

contacto con otro fluido), normal a una lnea de longitud unitaria trazada en la

superficie.

Viscosidad Cinemtica ( ): Se define como la viscosidad dinmica de un fluido

dividida entre la densidad del mismo. Es utilizada para calcular el nmero de

Reynolds.

Donde,

Viscosidad dinmica del fluido Densidad del fluido

La viscosidad cinemtica tiene unidades de [rea / tiempo]

L

F

La tensin superficial de un lquido es el trabajo que debe realizarse para elevar molculas en nmero suficiente desde el interior del lquido

hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie.

Donde,

Fuerza normal a Lnea de longitud unitaria trazada en la superficie

L

F L

Capilaridad (h): Diferencia en elevaciones de la superficie de un

lquido, entre el exterior y el interior del tubo capilar que tiene un

extremo sumergido en dicho lquido.

La tensin superficial tiene unidades de [fuerza / longitud] El valor de la tensin superficial depende de la temperatura y del fluido con el cual est en contacto.

TABLA Propiedades fsicas del agua a presin atmosfrica

r

Cosh

2

Donde,

Tensin superficial ngulo de mojado Peso especfico del lquido r Radio del tubo

La capilaridad se debe tanto a fuerzas cohesivas entre las molculas del lquido como a las fuerzas de adhesin del mismo a las paredes del tubo.

Cuando las fuerzas adhesivas son mayores que las fuerzas cohesivas, el agua moja una superficie y asciende en un tubo pequeo. La altura de

ese ascenso es la capilaridad.

FIGURA Ascenso o depresin por capilaridad en un tubo

Cuando las fuerzas cohesivas son mayores que las fuerzas adhesivas, se presenta un descenso (depresin) en el tubo.

La capilaridad tiene unidades de [longitud]

Qu dimetro mnimo tendr un tubo capilar para que el ascenso debido a la

capilaridad del agua a 20C no supere 1.0mm, =0.0728 N/m, =9790 N/m3

r

Cosh

2

h

Cosr

2

h

Cosr

42

mmmN

CosmN0148.0

001.097902

00728.043

mm8.14

Ejemplos

23 81.9750. smmkgg

35.7357 mN

3

3

9800

5.7357

mN

mNrelativadensidad

agua

75.0relativadensidad

Si la densidad de un lquido es 750 Kg/m3, determinar el peso especfico y la

densidad relativa de dicho lquido. g = 9.81m/s2, =9800N/m3

Ejemplo