Clase 1. Propiedades Físicas de Los Fluidos. Conferencia
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PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS
FLUIDOS
HIDRÁULICA II.
UC 1: CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y ELEMENTOS DE
CINEMÁTICA DEL MOVIMIENTO DE LOS FLUIDOS.
UNIVERSIDAD LAICA “ELOY ALFARO” DE MANABI Ing. Ramón Pérez Leira. PhD.FACULTAD DE INGENIERÍA Email: rperezleira@gmail .com
Carrera de Ingeniería Civil
¿Qué es un fluido?
FLUIDO:
Se denomina fluido a un tipo de medio
contínuo formado por alguna sustancia entre cuyas
moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil.
Propiedad definitoria: pueden cambiar de forma sin
que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas
tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual
constituye la principal diferencia con un sólido
deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas).
FLUIDO:
Un fluido es un conjunto de partículas que se
mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas
débiles y las paredes de un recipiente; el término
engloba a los líquidos y los gases. En el cambio de
forma de un fluido la posición que toman sus
moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre
ellos, pues justamente fluyen.
ESTADO DE LOS FLUIDOS:
Materia
Estado
Sólido
Líquidos
Gases
Plasma
¿Cuáles son las
Propiedades de los
Fluidos?
a) Movilidad: no tienen forma propia, la misma depende de lagravedad y del recipiente que lo contiene.
b) Isotropía: las propiedades se manifiestan en cualquier direcciónen forma idéntica.
c) Los líquidos oponen gran resistencia a los esfuerzos decompresión, no siendo así para los esfuerzos tangenciales. Esdecir que presentan una muy elevada resistencia a los esfuerzosque tiendan a disminuir su volumen, pero a su vez, es muy baja suresistencia a los cambios de forma.
d) Los gases ofrecen poca resistencia tanto al cambio devolumen como de forma.
Propiedades de los fluidos
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS LÍQUIDOS:
Densidad (𝜌𝐿)
Densidad relativa (𝑆)
Peso Específico (𝛾𝐿)
Compresibilidad
Viscosidad (𝜇)
Tensión superficial y capilaridad
Presión de vapor
DENSIDAD (𝜌𝐿):
𝜌𝐿 =𝑚
𝑉Densidad
Volumen
Masa
Sistema Internacional de Unidades:
𝝆𝑳(𝑲𝒈
𝒎𝟑) =
𝒎 (𝑲𝒈)
𝑽 (𝒎𝟑)
Es la magnitud que refleja el vínculo que existe
entre la masa de un cuerpo y su volumen.
DENSIDAD (𝜌𝐿):
Tabla de DENSIDADES por sustancia:
Sustancia Densidad (𝜌𝐿) (𝐾𝑔
𝑚3)
Agua (𝜌𝑜) 1 000
Hormigón (𝜌𝐻𝑔𝑜𝑛) 2 400
Mercurio 13580
Petróleo 800
Cada sustancia tiene su Densidad (𝝆𝑳) específica
Agua: 1 000 𝑲𝒈
𝒎𝟑
DENSIDAD (𝜌𝐿):
Tabla de DENSIDADES por sustancia:
Cada sustancia tiene su Densidad (𝝆𝑳) específica
Agua: 1 000 𝑲𝒈
𝒎𝟑
DENSIDAD RELATIVA (𝑆 ):
En el caso de la densidad es muy usual definir un
parámetro que refiera a la densidad de cualquier
fluido, e incluso de un sólido con la densidad del
agua, a este parámetro se le llama densidad
relativa, se denota con la letra S.
𝑆 =𝜌𝐿
𝜌𝑜.
Densidad
Relativa Densidad del
Agua
Densidad del
líquido a analizar
DENSIDAD RELATIVA (𝑆):
La DENSIDAD RELATIVA es Adimensional
𝑆 =𝜌𝐿 (
𝐾𝑔
𝑚3 )
𝜌𝑜 (𝐾𝑔
𝑚3 )
Por ejemplo la
La densidad relativa del hormigón sería:
𝑆 =𝜌𝐻𝑔ó𝑛
𝜌𝑜=
2400(𝐾𝑔
𝑚3)
1000(𝐾𝑔
𝑚3)= 2.4*
La Densidad Relativa es la relación entre la Densidad del
Líquido en cuestión y la Densidad del Agua (1 000 𝑲𝒈
𝒎𝟑)
Es Adimensional (No tiene unidades de medida)
DENSIDAD – DENSIDAD RELATIVA:
Se puede obtener la densidad de cualquier fluido
siempre que se conozca su densidad relativa.
𝑆 =𝜌𝐿
𝜌𝑜-------------------------- Densidad Relativa
𝜌𝐿 = 𝑆 ∙ 𝜌𝑜 -------------------- Densidad del líquido a
partir de conocer su
Densidad Relativa (la
Densidad del Agua es
conocida 1 000𝐾𝑔
𝑚3)
DENSIDAD RELATIVA (𝑆):
PESO ESPECÍFICO (𝛾𝐿):
El peso específico se define como la razón entre el
peso de esta sustancia y el volumen que ocupa.
𝛾𝐿 =𝑊
𝑉Peso
Específico
Volumen que
ocupa
Peso de la sustancia
a analizar
PESO ESPECÍFICO (𝛾𝐿):
Teniendo en cuenta las expresiones de Densidad,
de Densidad en función de la Densidad Relativa y
la segunda ley de Newton; se pueden definir tres
ecuaciones para el cálculo del peso específico.
𝛾𝐿 =𝑊
𝑉=𝑚 ∙ 𝑔
𝑉= 𝜌𝐿 ∙ 𝑔 = 𝑆 ∙ 𝜌𝑜 ∙ 𝑔
El empleo de una u otra dependerá de los datos
con que se cuente.
𝛾𝐿=𝑚∙𝑔
𝑉/ 𝛾𝐿= 𝜌𝐿 ∙ 𝑔 / 𝛾𝐿= 𝑆 ∙ 𝜌𝑜 ∙ 𝑔
El empleo de una u otra dependerá de los datos con que se cuente.
𝛾𝐿=𝑚 ∙ 𝑔
𝑉
𝛾𝐿= 𝜌𝐿 ∙ 𝑔
𝛾𝐿= 𝑆 ∙ 𝜌𝑜 ∙ 𝑔
PESO ESPECÍFICO (𝛾𝐿):
Masa
Gravedad (9.8)
Volumen
Densidad del Líquido
Gravedad (9.8)
Aceleración de la
Gravedad (9.8)
Densidad del Agua
Densidad Relativa
Conociendo
Masa y Volumen
Conociendo
Densidad
Conociendo
Densidad Relativa
PESO ESPECÍFICO (𝛾𝐿):
Tabla de PESO ESPECÍFICO por sustancia:
Sustancia Peso Específico (𝛾𝐿) (𝑵
𝑚3)
Agua (𝛾𝑂) 10 000
Hormigón (𝜌𝐻𝑔𝑜𝑛) 24 000
Mercurio 133 085
Petróleo 7 840
Cada sustancia tiene su Peso Específico (𝛾𝐿)
específico Agua: 10 000 𝑵
𝒎𝟑
COMPRESIBILIDAD:
Este fenómeno analiza la capacidad que tienen
los diferentes fluidos para resistir esfuerzos de
compresión. Aquí se define un parámetro
llamado Módulo de elasticidad volumétrico o
módulo de compresibilidad.
Existe una gran diferencia en cuánto pueden
comprimirse los líquidos y los gases. Debido a
esta diferencia suele decirse que:
Los GASES son Compresibles
Los LÍQUIDOS son Incompresibles
VISCOSIDAD (𝜇 ):
Es sin lugar a dudas la propiedad más importante de
los fluidos.
La expresión "lenta como las melazas en enero" debe
su validez a otra propiedad física de los líquidos
llamada viscosidad.
La viscosidad es una medida de la resistencia de un
fluido a fluir.
A mayor viscosidad, el líquido fluye de modo más
lento.
La viscosidad de un líquido comunmente disminuye
cuando aumenta la temperatura; por lo que las
melazas calientes fluyen más rápido que las melazas
frías.
VISCOSIDAD (𝜇 ):
La viscosidad es una reacción del fluido en contra
del movimiento relativo de sus partículas. Se
manifiesta en forma de tensiones tangenciales o
cortantes.
Movimiento de un
FLUJO
Flujo Laminar
Flujo Turbulento
VISCOSIDAD (𝜇 ):
𝜏 = 𝜇𝑑𝑣
𝑑𝑦
La ley de viscosidad de Newton
Esfuerzo cortante o
friccional por
unidad de área de
contacto
Variación de
deformación relativa o
gradiente de velocidad
Coeficiente de viscosidad o
viscosidad absoluta o
dinámica
𝜇 =𝜏
𝑑𝑣𝑑𝑦
𝑁/𝑚2
1/𝑠=
Unidades SI
𝑁
𝑚2 s
VISCOSIDAD CINEMÁTICA (Ʋ ):
Es la razón entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido
ʋ =𝜇
𝜌
ʋ =𝜇
𝜌
Viscosidad
Cinemática Densidad
Coeficiente de
viscosidad o
viscosidad dinámica
𝑁
𝑚2 𝑠
𝐾𝑔
𝑚3
=𝑁
𝑚2𝑠𝑚3
𝐾𝑔=*𝐾𝑔 𝑚
𝑠2𝑠 𝑚
𝐾𝑔=*𝑚2
𝑠
Unidades SI
VISCOSIDAD (𝜇):
Coeficiente de Viscosidad (𝜇) por sustancia:
Cada sustancia
tiene su
Viscosidad
Específica (𝜇) y
esta a su vez
Disminuye con el
Aumento de la
temperatura
TENSIÓN SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD (𝝈 ):
Se manifiesta solo en líquidos, en su superficie de
contacto con otros fluidos o con sólidos. En esa
superficie de contacto actúan fuerzas de cohesión
(entre sus moléculas) y de adhesión (con las de
otras sustancias).
𝝈 =𝑭
𝑳
𝝈 =𝑭
𝑳
𝑵
𝒎
Tensión
Superficial Longitud
Fuerza
Unidades SI
PRESIÓN DE VAPOR (PV):
Todos los líquidos tienen una tendencia a vaporizarse, es decir a
pasar de estado líquido a gases. Las moléculas expulsadas por ser
gaseosas ejercen entonces su propia presión parcial, que se conoce
como presión de vapor (Pv) del líquido. Debido al aumento de la
actividad molecular, al aumentar la temperatura la Pv aumenta.
“La ebullición (formación de burbujas de vapor a través de una
masa fluida) ocurrirá (cualquiera sea la temperatura) cuando la
presión absoluta exterior impuesta sobre el líquido sea igual o
menos que la Pv del líquido. Esto significa que el punto de
ebullición de un líquido depende tanto de la presión impuesta
sobre el mismo, como de la temperatura.”
Por ejemplo el agua hierve a 100º C cuando está expuesta a una
Patm= 101.3 kPa, pero hervirá a 60º C si la presión impuesta se
reduce a la de una altitud de cerca de 12 Km en la atmósfera, esto
es a 19.9 kPa.
PRESIÓN DE VAPOR (PV):
Cada sustancia
tiene su Presión
de Vapor
Específica (Pv) y
esta a su vez
Aumenta con el
Aumento de la
temperatura
RESUMEN:
Propiedad Física Símbolo Unidades SI Ecuación
Densidad 𝜌𝐿𝐾𝑔
𝑚3𝜌𝐿 =
𝑚
𝑉
Densidad Relativa 𝑆 (Adimensional) 𝑆 =𝜌𝐿𝜌𝑜
Peso Específico 𝛾𝐿𝑁
𝑚3 𝛾𝐿 =𝑊
𝑉
Compresibilidad
Viscosidad 𝜇 𝑁
𝑚2 s𝜇 =
𝜏
𝑑𝑢𝑑𝑦
Viscosidad Cinemática ʋ 𝑚2
𝑠ʋ =
𝜇
𝜌
Tensión superficial y
capilaridad𝜎 𝑁
𝑚𝜎 =
𝐹
𝐿
Presión de vapor Pv N·m2
INFORME TÉCNICO:
Hacer un Informe Técnico con el siguiente OBJETIVO:
Aplicación de las propiedades físicas de los líquidos enaspectos cotidianos vinculado a la Ingeniería.
Fecha de Entrega: Semana del 20 al 24 de Junio
• Densidad / Densidad
relativa
• Peso Específico
• Compresibilidad
• Viscosidad
• Tensión superficial y
capilaridad
• Presión de vapor