Propiedades de Los Fluidos - Mecánica de Fluidos e Hidraulica

8/18/2019 Propiedades de Los Fluidos - Mecánica de Fluidos e Hidraulica

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“Año de la DiversificaciónProductiva y del

Fortalecimiento de laEducación”

MECÁNICA DE FLUIDOS EHIDRAULICA

PROPIEDADES DE LOS FLIDOS

ALUMNO: !arc"s #edina Oscar

PROFESOR: Dr$ In%$ Luis !erardo Saavedra Fr&as

FACULTAD: In%enier&a de #inas

ESCUELA: In%enier&a de #inas

CICLO: I'

GRUPO: !()*

niversidad +acional de Piura


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I+,ROD--I.+

En el si%uiente tra/a0o se 1resentar2 la 1arte teórica inicial de lo3ue com1rende el estudio de la mec2nica de fluidos4 es decir las 1ro1iedades de los fluidos4 como /ien sa/emos el conce1to defluido com1rende tanto l&3uidos como %ases 3ue son fluidos de

car2cter incom1resi/le y com1resi/le res1ectivamente$Los fluidos4 como todos los materiales4 tienen 1ro1iedades f&sicas

3ue 1ermiten caracteri5ar y cuantificar su com1ortamiento as&como distin%uirlos de otros$ Al%unas de estas 1ro1iedades son

e6clusivas de los fluidos y otras son t&1icas de todas lassustancias$

I+DI-E

MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA Página 7


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Definición de fluido88888888$$$88888888888889Pro1iedades de los fluidos8888888888888888$$$88$$:-alor Es1ecifico88888888888888888888888:

-a1ilaridad8888888888888888888888888:-avitación88888888888888888888888$88$;-om1resi/ilidad888888888888888888888$$8$$<-onductividad ,"rmica88888888888888888888$=Densidad88888888888888888888888$$$88$=Ener%&a Interna8888888888888888888888$8$>Ental1ia888$88888888888888888888$$$88?)Entro1&a888888888888888888888888$8$$?)Esta/ilidad888888888888888888888$888$$?)

!ravedad Es1ecifica888888888888888888888??Isotermia e Isentro1ia888888888888888888$88$?7Isotro1&a 888888888888888888888$$8888?7Peso Es1ecifico88888888888888888888888?7Presión en los fluidos88888888888888888888$$?9Presión de va1or888888888888$888888$8888?:,em1eratura888888888888888888888888?;,ensión Su1erficial88888888888888888888$$8?<,ur/ulencia888888888888888888888888$$?=

'iscosidad$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$?='olumen Es1ecifico888888888888888888$$$88$7)Princi1io de Pascal88888888888888888888$$87?Princi1io de Ar3u&medes88888888888888888$$8$$$77Lin@o%rafia88888888888888888888888$$87*

MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA Página *


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DEFINICIÓN DE FLUIDO

n fluido es una sustancia 3ue se deforma continuamente cuando se somete a un

esfuer5o cortante4 sin im1ortar 3u" tan 1e3ueño sea ese esfuer5o cortante$ n esfuer5ocortante es la com1onente de fuer5a tan%ente a una su1erficie4 y esta fuer5a dividida 1or el 2rea de la su1erficie es el esfuer5o cortante 1romedio so/re dica su1erficie$ Elesfuer5o cortante en un 1unto es el valor l&mite de la fuer5a 1or unidad de 2rea a medida3ue el 2rea se reduce a un 1unto$Se llaman fluidos al con0unto de sustancias donde e6iste entre sus mol"culas 1ocafuer5a de atracción4 cam/iando su forma4 lo 3ue ocasiona 3ue la 1osición 3ue toman susmol"culas var&a4 ante una fuer5a a1licada so/re ellos4 1ues 0ustamente fluyen$ Losl&3uidos toman la forma del reci1iente 3ue los alo0a4 manteniendo su 1ro1io volumen4mientras 3ue los %ases carecen tanto de volumen como de forma 1ro1ios$ Las mol"culasno coesionadas se desli5an en los l&3uidos4 y se mueven con li/ertad en los %ases$

Los fluidos est2n conformados 1or los l&3uidos y los %ases4 siendo los se%undos mucomenos viscosos Bcasi fluidos idealesC$Los fluidos son com1resi/les 1ues su volumen se reduce al ser com1rimidos o

1resionados$ Sin em/ar%o son fluidos no com1resi/les los 3ue so1ortan la fuer5a decom1resión del mismo modo 3ue los cuer1os sólidos$ Los l&3uidos sufren escasadeformación a la com1resión4 mientras 3ue los %ases son fluidos com1resi/les4estudiados 1or la termodin2mica$,odos los fluidos son viscosos4 1ero los l&3uidos lo son m2s 3ue los sólidos$Los fluidos reales 1oseen fuer5as de ro5amiento entre ca1as conti%uas4 1or lo cual si sea1lica una fuer5a en una ca1a4 "sta se desli5a arrastrando a las dem2s$La din2mica de fluidos estudia los %ases y l&3uidos en movimiento4 1or mediode ecuaciones$

TIPOS DE FLUIDOS

• Newtonianos: Es un fluido cuya viscosidad 1uede considerarse constante en eltiem1o$ Los fluidos netonianos son uno de los fluidos m2s sencillos dedescri/ir$ La curva 3ue muestra la relación entre el esfuer5o o ci5alla contra su

tasa de deformación es lineal E0em1lo el a%ua$• No Newtonianos Es a3u"l cuya viscosidad var&a con la tem1eratura4 la 1resión

y la tensión cortante 3ue se le a1lica4 -omo resultado4 un fluido no(netonianono tiene un valor de viscosidad definido y constante$ n e0em1lo /arato y noto6ico de fluido no netoniano 1uede acerse f2cilmente añadiendo almidón dema&5 en una ta5a de a%ua$

MECÁNICA DE LOS FLUIDOSSe define como la ciencia 3ue estudia el com1ortamiento de los fluidos en re1oso o enmovimiento y la interacción de estos con sólidos o con otros fluidos en las fronteras$

,am/i"n se define como el estudio del com1ortamiento del fluido en movimiento o enre1oso$ El estudio toma en consideración las 1ro1iedades de los fluidos y las fuer5as


http://deconceptos.com/matematica/conjuntohttp://deconceptos.com/general/atraccionhttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/fluidoshttp://deconceptos.com/ciencias-sociales/libertadhttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/solidoshttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/termodinamicahttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/fluidoshttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/dinamicahttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/movimientohttp://deconceptos.com/matematica/ecuacioneshttp://deconceptos.com/matematica/conjuntohttp://deconceptos.com/general/atraccionhttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/fluidoshttp://deconceptos.com/ciencias-sociales/libertadhttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/solidoshttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/termodinamicahttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/fluidoshttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/dinamicahttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/movimientohttp://deconceptos.com/matematica/ecuaciones


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3ue interactan entre el fluido y sus fronteras4 determinando un 1atrón de flu0oresultante$1. CALOR ESPECFICO

La ca1acidad calor&fica es1ec&fica4 calor es1ec&fico o ca1acidad t"rmica

es1ec&fica es una ma%nitud f&sica 3ue se define como la cantidad de calor 3ue ay3ue suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodin2mico 1araelevar su tem1eratura en una unidad$ En %eneral4 el valor del calor es1ec&ficode1ende del valor de la tem1eratura inicial$ Se le re1resenta con la letraBminsculaC$De forma an2lo%a4 se define la ca1acidad calor&fica como la cantidad de calor 3ueay 3ue suministrar a toda la masa de una sustancia 1ara elevar su tem1eratura enuna unidad B@elvin o %rado -elsiusC$ Se la re1resenta con la letra BmaysculaC$Por lo tanto4 la ca1acidad calor&fica es1ec&fica es el cociente entre la ca1acidad

calor&fica y la masa4 esto es donde es la masa de la sustancia$

El calor es1ec&fico es una 1ro1iedad intensiva de la materia4 1or lo 3ue esre1resentativo de cada materiaG 1or el contrario4 la ca1acidad calor&fica es

una 1ro1iedad e6tensiva re1resentativa de cada cuer1o o sistema 1articular$

-uanto mayor es el calor es1ec&fico de las sustancias4 m2s ener%&a calor&fica se

necesita 1ara incrementar la tem1eratura$ Por e0em1lo4 se re3uiere oco veces m2s

ener%&a 1ara incrementar la tem1eratura de un lin%ote de ma%nesio 3ue 1ara un

lin%ote de 1lomo de la misma masa$

El t"rmino Hcalor es1ec&ficoH tiene su ori%en en el tra/a0o del f&sico ose1 Jlac@4

3uien reali5ó variadas medidas calorim"tricas y usó la frase “ca1acidad 1ara el

calor”$ En esa "1oca la mec2nica y la termodin2mica se considera/an ciencias

inde1endientes4 1or lo 3ue actualmente el t"rmino 1odr&a 1arecer ina1ro1iadoG tal

ve5 un me0or nom/re 1odr&a ser transferencia de energía calorífica específica4 1ero

el t"rmino est2 demasiado arrai%ado 1ara ser reem1la5ado$

!. CAPILARIDAD

Esta 1ro1iedad le 1ermite a un fluido4 avan5ar a trav"s de un canal del%ado4 siem1rey cuando4 las 1aredes de este canal est"n lo suficientemente cerca$La ca1ilaridad es una 1ro1iedad de los fluidos 3ue de1ende de su tensión su1erficialla cual a su ve54 de1ende de la coesión del l&3uido y 3ue le confiere la ca1acidad desu/ir o /a0ar 1or un tu/o ca1ilar$ Pro1iedad de atraer un cuer1o sólido y acer su/ir

1or sus 1aredes asta cierto l&mite el l&3uido 3ue las mo0a4 como el a%ua4 y dere1eler y formar a su alrededor un ueco o vac&o con el l&3uido 3ue no las mo0a4como el mercurio$ Se de/e tanto a las fuer5as coesivas de las mol"culas del l&3uidocomo a las fuer5as adesivas de las mol"culas del l&3uido a un sólido$ La ca1ilaridadse e61resa como la altura de elevación o de1resión del l&3uido$

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https://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Masahttps://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_intensivahttps://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_extensivahttps://es.wikipedia.org/wiki/Magnesiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttps://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttps://es.wikipedia.org/wiki/Calorimetr%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_termodin%C3%A1micohttps://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Masahttps://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_intensivahttps://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_extensivahttps://es.wikipedia.org/wiki/Magnesiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttps://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttps://es.wikipedia.org/wiki/Calorimetr%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica


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La ley de jurin: Define la altura 3ue se alcan5a cuando se e3uili/ra el 1eso de lacolumna de l&3uido y la fuer5a de ascensión 1or ca1ilaridad$ La altura en metros deuna columna l&3uida est2 dada 1or la ecuación

De dondeK tensión su1erficial interfacial B+MmCN 2n%ulo de contacto densidad del l&3uido B@%MmC% aceleración de/ida a la %ravedad BmMsQCr radio del tu/o BmC

". CA#ITACION

-uando un l&3uido escurre en una re%ión donde la 1resión es menor 3ue la tensiónde va1or de a3uel4 a la tem1eratura del 1roceso4 se forman /ur/u0as de va1or en suseno$ Las /ur/u0as de va1or son arrastradas 1or el l&3uido en movimiento acia una5ona donde la 1resión es m2s elevada4 all& se condensan 1or un 1roceso mec2nico(

3u&mico4 dando ori%en a una im1losión de las mismas$ La formación de esascavidades en el l&3uido se a denominado cavitación$ Si las cavidades se forman encontacto con 1aredes sólidas4 o en sus cercan&as4 las fuer5as %eneradas 1or estasim1losiones crean 1resiones locali5adas elevad&simas 3ue 1rovocan la destrucciónde la su1erficie sólida$ Este fenómeno est2 acom1añado 1or sonidos y vi/raciones$En la 5ona en 3ue la 1resión a/soluta del l&3uido se reduce a valores 1e3ueños4alrededor de la tensión de va1or a la tem1eratura corres1ondiente4 eldes1rendimiento de %ases ocurre en forma tumultuosa y acom1añado de /ur/u0as deva1or4 determinando una re%ión de rotura /ien definida entre el medio l&3uido Bcasiincom1resi/leC y el fluido com1resi/le$ El ata3ue al material es de menorim1ortancia en la 5ona de cavitación 3ue en la re%ión donde ocurre la condensación

del va1or4 y 0ustamente en los lu%ares donde aumenta la 1resión r21idamente esdonde de/en es1erarse mayores deterioros de las 1ie5as y su 1osterior rotura$ La

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1revención de la cavitación y sus efectos e6i%e la elevación de la 1resión a/soluta yla corres1ondiente disminución de la velocidad del movimiento del l&3uidoG cuando

1or las caracter&sticas del 1ro/lema4 en es1ecial en ma3uinarias idr2ulicas Brotoresy "lices de tur/inas y /om/as4 "lices de 1ro1ulsión4 etc$C4 no sea 1osi/le modificar las condiciones señaladas4 los efectos de la cavitación se 1ueden disminuir mediante

el estudio del a1ro1iado diseño de las 5onas ataca/les$

$. COMPRESI%ILIDAD

Los %ases son f2cilmente com1resi/les$ Esto se de/e a 3ue sus mol"culas seencuentran muy se1aradas en relación a su tamaño y la fuer5a de atracción entreellas es d"/il$ Por esto4 al e0ercer una fuer5a so/re un %as4 sus mol"culas se 0untan4disminuyendo el es1acio 3ue este ocu1a en el reci1iente 3ue contiene$En el caso de los l&3uidos4 como contienen un volumen definido4 se re3uiere una%ran fuer5a 1ara 1oder com1rimirlos$ Si /ien las distancias entre las mol"culas delos l&3uidos son mayores 3ue en el caso de los sólidos4 1resentan una %ran fuer5a deatracción entre ellas$ Por ello4 1ara com1rimirlos4 es necesario a1licar una fuer5a

mayor 3ue la 3ue e6iste entre los enlaces 3ue unen sus mol"culas$Podemos concluir 3ue la com1resi/ilidad es una manifestación de lafuer5a el"ctrica4 ya 3ue 1ara com1rimir un fluido es necesario a1licarle una fuer5ade mayor intensidad 3ue esta$ Por lo tanto4 como en un %as la fuer5a entre susmol"culas es d"/il4 esta es altamente com1rensi/le4 mientras 3ue en un l&3uido4 lafuer5a 3ue se re3uiere 1ara com1rimirlo es muco mayor 3ue en el caso de un %as$

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&. CONDUCTI#IDAD T'RMICA

La conductividad t"rmica es una 1ro1iedad f&sica de los materiales 3ue mide laca1acidad de conducción de calor $ En otras 1ala/ras la conductividad t"rmica estam/i"n la ca1acidad de una sustancia de transferir la ener%&a cin"tica de sus

mol"culas a otras adyacentes o a sustancias con las 3ue no est2 en contacto$ En elSistema Internacional de nidades la conductividad t"rmica se mide en MB TmCBe3uivalente a MBmTsT C CLa conductividad t"rmica es una ma%nitud intensiva$ Su ma%nitud inversa esla resistividad t"rmica4 3ue es la ca1acidad de los materiales 1ara o1onerse al 1asodel calor$ Para un material isótro1o la conductividad t"rmica es un escalar Bk enEstados nidosC definido como

donde( 4 es el flu0o de calor B1or unidad de tiem1o y unidad de 2reaC$( 4 es el %radiente de tem1eratura$

na conductividad t"rmica de ? vatio 1or metro y @elvin indica 3ue una cantidad decalor de un 0ulio BC se 1ro1a%a a trav"s de un material 1or conducción t"rmica

( en ? se%undo4( 1or una su1erficie de ? m74( 1or un %rosor de ? m4( cuando la diferencia de tem1eratura entre las dos caras es de ? $

-uanto mayor sea su conductividad t"rmica4 un material ser2 me0or conductor delcalor$ -uanto menor sea4 el material ser2 m2s aislante$ Por e0em1lo4 el co/re tieneuna conductividad de *=) vatios 1or @elvin y metro4 y es m2s de ?) ))) veces me0or conductor del calor 3ue el 1oliuretano B)4)*: vatios 1or @elvin y metroC$

(. DENSIDAD

Es la cantidad de masa 1or unidad de volumen de una sustancia$ Se utili5a la letra%rie%a URoV 1ara desi%narla$ La densidad 3uiere decir 3ue entre m2s masa ten%a

un cuer1o en un mismo volumen4 mayor ser2 su densidad$

masaMvolumen

La unidad de densidad en el S$I$ es el @%Mm*$

Los %ases son mucos menos densos 3ue los l&3uidos$ Se 1uede variar la densidadde un %as modificando la 1resión o la tem1eratura en el interior del reci1iente 3ue locontiene$

Los l&3uidos solo alteran li%eramente su densidad con los cam/ios de tem1eratura$La diferencia de densidad entre los l&3uidos 1uede im1edir 3ue se me5clenomo%"neamente4 flotando uno so/re el otro4 como ocurre con el aceite y el a%ua$

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https://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_f%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_de_calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttps://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)https://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Segundo_(unidad_de_tiempo)https://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttps://es.wikipedia.org/wiki/Propiedades_intensivas_y_extensivashttps://es.wikipedia.org/wiki/Resistividad_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Gradiente#Aplicaciones_en_f.C3.ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)https://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_f%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_de_calorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttps://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)https://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttps://es.wikipedia.org/wiki/Segundo_(unidad_de_tiempo)https://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttps://es.wikipedia.org/wiki/Propiedades_intensivas_y_extensivashttps://es.wikipedia.org/wiki/Resistividad_t%C3%A9rmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Gradiente#Aplicaciones_en_f.C3.ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)


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Si se considera un volumen WX de un medio continuo4 ocu1ado 1or una masa W#4 lamasa es1ec&fica o densidad es

Se de/e notar 3ue se considera en realidad un conce1to f&sico de derivada4 ya 3uematem2ticamente el l&mite de/er&a tender a cero4 1ero atendiendo a nuestradefinición de 1art&cula4 esto no es 1osi/le$El valor “d” re1resenta la distancia m&nima 3ue ase%ura el mantenimiento de laidentidad de la sustancia$ Al%unos autores lo inter1retan como el valor del recorridoli/re medio de las mol"culas$Si la sustancia es omo%"nea4 isótro1a e incom1resi/le4 entonces constante4 1or consi%uiente

De B?C se des1rende 3ue la densidad es la masa de la unidad de volumen$ Ladensidad var&a con la tem1eratura y en menor medida con la 1resión$

Densidad relativa ( δ ) de un l&3uido o de un sólido es la relación de su densidades1ec&fica con la del a%ua 1ura4 tomada en su m26imo valor$ La densidad relativa deun %as es la relación con res1ecto a la densidad del aire4 tomado en las mismascondiciones de 1resión y tem1eratura$

). ENERGA INTERNA

-uando un fluido se des1la5a desde una locali5ación a otra4 a/r24 en %eneral4conversión de una forma de ener%&a en otra$ La ener%&a 3ue es atri/ui/le al estadof&sico del fluido se conoce como ener%&a internaG se toma ar/itrariamente como cero

1ara un cierto estado de referencia4 tal como el cero a/soluto de tem1eratura o el 1unto de fusión del ielo a 1resión atmosf"rica$ n cam/io del estado f&sico delfluido ori%inar24 en %eneral4 una alteración de la ener%&a interna$ n cam/ioelemental reversi/le 1rocede de un cam/io infinitesimal de al%uno de los factoresintensivos 3ue actan so/re el sistemaG el cam/io transcurre con una velocidadinfinitesimal y una 1e3ueña variación del factor intensivo en la dirección o1uestadar&a lu%ar a 3ue el 1roceso transcurriese en la dirección inversa$ En la 1r2ctica

ocurren cam/ios totalmente reversi/les4 1ero constituyen un modelo til con el 3uecom1arar los 1rocesos reales$ En un 1roceso irreversi/le los cam/ios son ori%inados

1or una diferencia finita del factor intensivo y se 1roducen con una velocidad finita$En %eneral4 los 1rocesos ir2n acom1añados de una conversión de ener%&a el"ctrica omec2nica en calor4 o /ien de la reducción de la diferencia de tem1eratura entre lasdistintas 1artes del sistema$ En el flu0o de fluidos nos encontramos normalmente con

1rocesos irreversi/les$Para un material estacionario el cam/io de ener%&a interna es i%ual a la diferenciaentre la cantidad neta de calor adicionado al sistema y la cantidad de tra/a0o neto

1roducido 1or el sistema so/re sus alrededores$ Para un cam/io infinitesimal4W qdU δ δ −=

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*. ENTALPA

La entalpía de un fluido es la energía contenida en un fluido y que está

asociada directamente a su energía interna y a su presión; es decir, se trata de

la cantidad de energía que un fluido podría cambiar con su entorno. Para laentalpía de un fluido existe una expresión matemática y es la siguiente:

H = U + PV

Teniendo que H es La entalpía del fluido, U es la energía interna de un fluido, P

es la presión de un fluido y V es el volumen que ocupa un fluido.

+. ENTROPA

Función de estado que mide el desorden de un sistema físico o químico, y por

tanto su proximidad al equilibrio térmico.El concepto de entropía desarrollado en respuesta a la observación de que una

cierta cantidad de energía liberada de funcionales reacciones de combustión

siempre se pierde debido a la disipación o la fricción y por lo tanto no se

transforma en trabajo útil.

En termodinámica, la entropía (simbolizada comoS ) es una magnitud física

que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede

utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo

y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se

dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemastermodinámicos.

1,.ESTA%ILIDAD

Se dice 3ue el flu0o es esta/le cuando sus 1art&culas si%uen una trayectoria uniforme4 esdecir4 nunca se cru5an entre si$ La velocidad en cual3uier 1unto se mantiene constanteen el tiem1oLa esta/ilidad de un cuer1o 1arcial o totalmente sumer%ido es vertical y o/edece al

e3uili/rio e6istente entre el 1eso del cuer1o B C y la fuer5a de flotación B FC

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FF - /en e0 e2i0i34io511.FLUIDE6

Es 1arecido a la viscosidad 1ero lo contrario$ Es una 1ro1iedad de l&3uidos y %ases

3ue se caracteri5a 1or el constante 7es80a9aiento 7e 0as 8a4t;


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Indica la densidad de un fluido res1ecto a la densidad del a%ua a tem1eraturaest2ndar$ Esta 1ro1iedad es dimensional4 la %ravedad es1ecifica es el cociente de ladensidad de una sustancia entre la densidad del a%ua a 9 Y-4 o4 es el cociente del

1eso es1ecifico de una sustancia entre el 1eso es1ecifico del a%ua a 9 Y-$Estas definiciones de la %ravedad es1ec&fica se 1ueden e61resar de manera

matem2tica como

En donde el su/&ndice s se refiere a la sustancia cuya %ravedad es1ecifica se estadeterminando y el su/&ndice se refiere al a%ua$La definición matem2tica de %ravedad es1ecifica se 1uede escri/ir como

Esta definición es v2lida4 inde1endientemente de la tem1eratura a la 3ue sedetermina la %ravedad es1ecifica$Sin em/ar%o4 las 1ro1iedades de los fluidos var&an con la tem1eratura$ En %eneralcuando la densidad disminuye4 aumenta la tem1eratura$

1".ISOTERMIA E ISENTROPIA

Es el estudio del com1ortamiento de los fluidos4 es1ecialmente %ases4 en al%unas

ocasiones se 1roducen condiciones de tra/a0o4 en las cuales se mantiene constante latem1eraturaBisot"rmicaC y en otras no e6iste intercam/io de calor entre el %as y suentorno Badia/2ticas o isentro1icasC$En el caso de las condiciones isot"rmicas4 la a1licación de la ley de los %ases idealeses adecuada 1ara e61licar las relaciones 3ue se 1roducen entre volumen y 1resión$Para condiciones adia/2ticas4 se introducen en la ecuación de los %ases la constante@4 3ue relaciona los calores es1ec&ficos de las sustancias a 1resión y volumenconstaste$ Esta constante se conoce con el nom/re del e61onente adia/2tico$

1$.ISOTROPIA

En física, la isotropía, (cuya etimología está en la raíces griegas σος [isos], equitativo o

igual, y τρόπος [tropos], medio, espacio de lugar, dirección), es la característica de

algunos cuerpos cuyas propiedades físicas no dependen de la dirección en que son

examinadas. Es decir, se refiere al eco de que ciertas

magnitudes vectoriales conmensura!les dan resultados id"nticos independientemente

de la dirección escogida para dica medida. #uando una determinada magnitud no

presenta isotropía se dice que presenta anisotropía.

En matemáticas, la isotropía se refiere a una propiedad geom"trica de invariancia en

una variedad diferencia!le. #uando el grupo de invariancia de una determinada

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propiedad defini!le tensorialmente so!re el espacio tangente en un punto es un

su!grupo propio del grupo ortogonal $(n) se dice que existe anisotropía en dica

propiedad. %i dico su!grupo no incluye reflexiones espaciales se tiene alg&n tipo de

emitropía, y si el grupo es discreto se dice que existe simetría puntual o

cristalográfica.

1&.PESO ESPECIFICO

El 1eso es1ec&fico de un cuer1o o sustancia4 es la relación 3ue e6iste entre el 1eso yel volumen 3ue ocu1a una sustancia ya sea en estado solido4 l&3uido o %aseoso$ Es unaconstante en el sentido de 3ue es un valor 3ue no cam/ia 1ara cada sustancia ya 3ue amedida 3ue aumenta su 1eso tam/i"n aumentara su volumen ocu1ado4 al i%ual 3uesucede con la densidad$

Peso es1ec&fico Pe Peso M volumenEsta constante tiene la im1ortancia de ser una 1ro1iedad intensiva4 ya 3ue nos 1ermitir2identificar a la sustancia$

,am/i"n se 1uede calcular de

siendo,

, el peso específico'

, el peso de la sustancia'

, el volumen de la sustancia'

, la densidad de la sustancia'

, la masa de la sustancia'

, la aceleración de la gravedad.

Si se ado1ta un volumen WX del medio continuo4 y considerando el 1eso de ese volumenW!4 se tiene el 1eso es1ec&fico Z a trav"s de la si%uiente relación

O/viamente “d” cum1le las mismas condiciones anteriores$ Si aora se su1one unfluido omo%"neo4 isótro1o e incom1resi/le4 entonces Z cte$4 consecuentemente

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Recordando 3ue

% %) B ?[ )4)):* sen7 \ C B ?( *6?)(< $ C

Donde

%) aceleración de la %ravedad en el ecuador terrestre y a nivel del mar$\ es la latitud del lu%ar$ la altitud so/re el nivel del mar$

En %eneral se ado1ta % >4=? mMse%7

Se ve 3ue el 1eso es1ec&fico Z es función de la 1resión 14 la tem1eratura ,4 la latitud \ yla altura $En t"rminos matem2ticos Z f B 1 4 , 4 \ 4 C$

Adem2s la densidad relativa tam/i"n es la relación entre el 1eso es1ec&fico de lasustancia y el 1eso es1ec&fico del a%ua destilada B a 9 ]- y a nivel del mar C$

1(.PRESIÓN EN LOS FLUIDOS

n fluido almacenado en un reci1iente e0erce una fuer5a so/re sus 1aredes$ Estafuer5a e0ercida 1or unidad de su1erficie se denomina Presión$ Se mide con elmanómetro$

Presión B1C Fuer5a BFCM Su1erficie BSC

La unidad de 1resión en el sistema internacional es el Pascal BPaC4 3ue e3uivale a ?neton 1or cada metro cuadrado$ El 1ro/lema es 3ue el 1ascal es una unidad muy

1e3ueña en com1aración con los valores a/ituales de 1resión$ Por este motivo seutili5an otras unidades como el /ar o la atmósfera$

?atm ?)?$*)) Pa

?/ar ?))$)) Pa

La fuer5as de/idas a la 1resión del fluido actan en dirección 1er1endicular a las 1aredes del reci1iente en cada uno de sus 1untos$

( Los %ases 1resionan con la misma intensidad so/re todos los 1untos del reci1iente$

Su valor en condiciones naturales es 1e3ueño de/ido a la /a0a densidad de los %ases4aun3ue 1uede aumentar al com1rimirlos$

( La 1resión en los l&3uidos aumenta con la 1rofundidad de/ido al 1eso del l&3uido3ue tiene 1or encima4 1or lo 3ue la m26ima 1resión se 1roduce en el fondo delreci1iente$

( La 1resión a1licada en un 1unto de un l&3uido contenido en un reci1iente setransmite con el mismo valor a cada una de las 1artes del mismo BPrinci1io dePascalC$ Esto se utili5a 1or e0em1lo en los sistema de frenos$

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( Podemos com1ro/ar 3ue la 1resión aumenta al descender dentro de unl&3uido viendo 3ue la velocidad con la 3ue sale el l&3uido es mayor cuanto m2s a/a0oest" el a%u0ero efectuado en la 1ared lateral del reci1iente$

El aire4 al a%ua y otros ti1os de fluidos se utili5an como fuente de ener%&aa1rovecando su movimiento o la 1resión a la 3ue se encuentran sometidos$,am/i"n se utili5an 1ara circuitos en +eum2tica e ^idr2ulica$

1).PRESION DE #APOR

La 1resión de va1or es la 1resión de la fase %aseosa o va1or de un sólido o un l&3uido so/re

la fase l&3uida4 1ara una tem1eratura determinada4 en la 3ue la fase l&3uida y el va1or se

encuentra en e3uili/rio din2micoG su valor es inde1endiente de las cantidades de l&3uido yva1or 1resentes mientras e6istan am/as$ Este fenómeno tam/i"n lo 1resentan los sólidosG

cuando un sólido 1asa al estado %aseoso sin 1asar 1or el estado l&3uido B1roceso

denominado subliaci!n o el 1roceso o1uesto llamado subliaci!n inversaC tam/i"n

a/lamos de 1resión de va1or$ En la situación de e3uili/rio4 las fases reci/en la

denominación de l&3uido saturado y va1or saturado$ Esta 1ro1iedad 1osee una relación

inversamente 1ro1orcional con las fuer5as de atracción intermoleculares4 de/ido a 3ue

cuanto mayor sea el módulo de las mismas4 mayor de/er2 ser la cantidad de ener%&a

entre%ada Bya sea en forma de calor u otra manifestaciónC 1ara vencerlas y 1roducir el

cam/io de estado$

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Inicialmente sólo se 1roduce la eva1oración ya 3ue no ay va1orG sin em/ar%o a medida 3ue

la cantidad de va1or aumenta y 1or tanto la 1resión en el interior de la am1olla4 se va

incrementando tam/i"n la velocidad de condensación4 asta 3ue transcurrido un cierto

tiem1o am/as velocidades se i%ualan$ Lle%ados a este 1unto se a/r2 alcan5ado la 1resión

m26ima 1osi/le en la am1olla B1resión de va1or o de saturaciónC 3ue no 1odr2 su1erarsesalvo 3ue se incremente la tem1eratura$

El e3uili/rio din2mico se alcan5ar2 m2s r21idamente cuanto mayor sea la su1erficie de

contacto entre el l&3uido y el va1or4 1ues as& se favorece la eva1oración del l&3uidoG del

mismo modo 3ue un carco de a%ua e6tenso 1ero de 1oca 1rofundidad se seca m2s r21ido

3ue uno m2s 1e3ueño 1ero de mayor 1rofundidad 3ue conten%a i%ual cantidad de a%ua$ Sin

em/ar%o4 el e3uili/rio se alcan5a en am/os casos 1ara i%ual 1resión$

El factor m2s im1ortante 3ue determina el valor de la 1resión de saturación es la 1ro1ia

naturale5a del l&3uido4 encontr2ndose 3ue en %eneral entre l&3uidos de naturale5a similar4 la 1resión de va1or a una tem1eratura dada es tanto menor cuanto mayor es el 1eso

molecular del l&3uido$

Por e0em1lo4 el aire al nivel del mar saturado con va1or de a%ua a 7)] -4 tiene una 1resión

1arcial de 7* m/ar de a%ua y alrededor de

m/ar de ar%ón$

1*.TEMPERATURA

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El contenido de calor en un volumen4 A'4 de fluido es i%ual a

donde c" es el calor especifico a presi!n constante y #es la tem1eratura a/soluta$ Elcalor se mide en dimensiones de 0ulios BC en el sistema de unidades SI4 1ies(l/ en elsistema S- y unidades t"rmicas /rit2nicas BJtuC en el sistema inconsistenteamericano$ La teperatura a/soluta en el sistema SI By c%sC tiene dimensiones de@elvins BC mientras 3ue la dimensión de tem1eratura en el sistema /rit2nico est2dada en %rados Ran@ine B) RC$ El uso de escalas relativas de tem1eratura es m2scomn4 es decir4 los %rados cent&%rados BY-C y los %rados Fareneit BYFC$ Estos dossistemas se relacionan tal como se muestra a continuación

Las tem1eraturas cent&%rados y Fareneit est2n relacionadas 1or

1+.TENSION SUPERFICIAL

En la interface entre un l&3uido y un %as$ o dos l&3uidos no misci/les4 1areceformarse una 1el&cula o ca1a es1ecial en el l&3uido4 a1arentemente de/?da a laatracción de las mol"culas del l&3uido 1or de/a0o de la su1erficie$ -olocar una

1e3ueña a%u0a so/re una su1erficie de a%ua en re1oso y o/servar 3ue es so1ortada 1or la 1el&cula4 es un e61erimento sencillo$La formación de esta 1el&cula 1uede visuali5ar e con /ase en la energía superficial oel tra/a0o 1or unidad de 2rea re3uerido 1ara llevar las mol"culas a la su1erficie$ Latensión su1erficial entonces es la fuer5a de tensión re3uerida 1ara formar la 1el&cula$o/tenida dividiendo el t"rmino de ener%&a su1erficial 1or unidad de lon%itud de la

1el&cula en e3uili/rio$ La tensión su1erficial del a%ua var&a entre )$) +Mm a ?))Y-$ En la ta/la ?$* est2n dadas tensiones su1erficiales4 encon0unto con otras 1ro1iedades4 1ara al%unos l&3uidos comunes$

La acción de la tensión su1erficial es incrementar la 1resión dentro de una

1e3ueña %ota de l&3uido o dentro de un 1e3ueño corro de l&3uido$ Para una 1e3ueña %ota esf"rica de radio r la 1resión interna p necesaria 1ara /alancear la

MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA Página ?


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fuer5a de tensión de/ida a la tensión su1erficial a se calcula en función de lasfuer5as 3ue actan so/re un cuer1o li/re semiesf"rico$

_ Las mol"culas a lo lar%o de la su1erficie li/re del l&3uido est2n sometidas a unafuer5a neta acia el interior$_ -onsecuencia f&sica de esta fuer5a no e3uili/rada a lo lar%o de la su1erficiecreación de una `1iel o ̀ mem/rana i1ot"tica$_ ,ensión su1erficial K Bsi%maC intensidad de la atracción molecular 1or unidadde lon%itud$ nidades en SI +Mm_ Es la ra5ón de la ascensión o /a0ada de l&3uidos 1or tu/os de di2metro muy

1e3ueño Bca1ilaridadC_ Suele des1reciarse en las a1licaciones de In%enier&a Fluidomec2nica

!,.TUR%ULENCIA

En t"rminos de la din2mica de fluidos4 tur/ulencia o flu0o tur/ulento es un r"%imende flu0o caracteri5ado 1or /a0a difusión de momento4 alta convección y cam/ioses1acio ( tem1orales r21idos de 1resión y velocidad$ Los flu0os no tur/ulentos sontam/i"n llamados flu0os laminares$ n flu0o se 1uede caracteri5ar como laminar o

tur/ulento o/servando el orden de ma%nitud del nmero de Reynolds$-onsidere el flu0o de a%ua so/re un cuer1o sim1le deconfi%uración %eom"trica suave como una esfera$ A /a0a velocidad el flu0o eslaminar4 es decir 3ue el flu0o es suave Baun3ue 1ueda estar relacionado con vórticesde %ran escalaC$ A medida 3ue la velocidad aumenta4 en al%n momento se 1asa alr"%imen tur/ulento$ En flu0o tur/ulento4 se asume 3ue a1arecen vórtices dediferentes escalas 3ue interactan entre s&$ La fuer5a de arrastre de/ido a fricción enla ca1a l&mite aumenta$ La estructura y locali5ación del 1unto de se1aración de laca1a l&mite cam/ia4 a veces resultando en una reducción de la fuer5a de arrastre%lo/al$

!1.#ISCOSIDAD

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Los l&3uidos se caracteri5an 1or3ue las fuer5as internas del mismo no de1enden de

la deformación total4 aun3ue usualmente s& de1enden de la velocidad de

deformación4 esto es lo 3ue diferencia a los sólidos deforma/les de los l&3uidos$ Los

fluidos reales se caracteri5an 1or 1oseer una resistencia a fluir llamada

viscosidad B3ue tam/i"n est2 1resente en los sólidos viscoel2sticosC$ Eso si%nifica3ue en la 1r2ctica 1ara mantener la velocidad en un l&3uido es necesario a1licar una

fuer5a o 1resión4 y si dica fuer5a cesa el movimiento del fluido cesa eventualmente

tras un tiem1o finito$

La viscosidad de un l&3uido crece al aumentar su masa molar y disminuye al crecer

la tem1eratura$ La viscosidad tam/i"n est2 relacionada con la com1le0idad de las

mol"culas 3ue constituyen el l&3uido es /a0a en los %ases inertes licuados y alta en

los aceites 1esados$ Es una 1ro1iedad caracter&stica de todo fluido Bl&3uidos o %asesC$

La viscosidad es una medida de la resistencia al des1la5amiento de un fluido cuandoe6iste una diferencia de 1resión$ -uando un l&3uido o un %as fluyen se su1one la

e6istencia de una ca1a estacionaria4 de l&3uido o %as4 aderida so/re la su1erficie del

material a trav"s del cual se 1resenta el flu0o$ La se%unda ca1a ro5a con la aderida

su1erficialmente y "sta se%unda con una tercera y as& sucesivamente$ Este roce entre

las ca1as sucesivas es el res1onsa/le de la o1osición al flu0o4 o sea4 el res1onsa/le

de la viscosidad$

La viscosidad se mide en 1oises4 siendo un 1oise la viscosidad de un l&3uido en el

3ue 1ara desli5ar una ca1a de un cent&metro cuadrado de 2rea a la velocidad de

? cmMs res1ecto a otra estacionaria situado a ? cm de distancia fuese necesaria la

fuer5a de una dina$

La viscosidad suele decrecer en los l&3uidos al aumentar la tem1eratura4 aun3ue

al%unos 1ocos l&3uidos 1resentan un aumento de viscosidad cuando se calientan$

Para los %ases la viscosidad aumenta al aumentar la tem1eratura$

La viscosidad de un l&3uido se determina 1or medio de un viscos&metro entre los

cuales el m2s utili5ado es el de Ostald$ Este se utili5a 1ara determinar viscosidad

relativa4 es decir4 3ue conociendo la viscosidad de un l&3uido 1atrón4 %eneralmente

a%ua4 se o/tiene la viscosidad del l&3uido 1ro/lema a 1artir de la ecuación

La medición de la viscosidad 1uede acerse 1or m"todos f&sicos ó industriales$ Los

m"todos f&sicos 1ermiten o/tener directamente los valores de la viscosidad din2mica4 el

m2s comn es el viscos&metro torsional ó rotacional4 en %eneral consta de dos cilindros

conc"ntricos de radios conti%uos 1oco diferentes de modo 3ue 1ermita colocar una

del%ada ca1a de la sustancia a ensayar$ Este ensayo es a tem1eratura constante$

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#isi


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^ace referencia al volumen 3ue ocu1a un fluido 1or unidad de 1eso4 es el volumen3ue ocu1a un fluido 1or unidad de 1eso$En el caso de los %ases4 est2 afectado de manera im1ortante 1or la tem1eratura y la

1resión$

Se define volumen es1ec&fico Xe

Para un fluido omo%"neo4 isótro1o4 e incom1resi/le Xe cte$4 entonces

Si se com1ara la e61resión B:C con la B?C4 se tiene 3ue el volumen es1ec&fico es lainversa de la densidad$

-on esta 1ro1iedad se tra/a0a en los %ases4 en cam/io en las tareas relacionadas conlos l&3uidos4 se suele utili5ar la densidad$

EL PRINCIPIO DE PASCAL O LE@ DE PASCAL:Es el incremento de 1resión a1licado a una su1erficie de un fluido incom1resi/leBl&3uidoC4 contenido en un reci1iente indeforma/le4 se transmite con el mismo valor acada una de las 1artes del mismo$El 1rinci1io de Pascal 1uede com1ro/arse utili5ando una esfera ueca4 1erforada endiferentes lu%ares y 1rovista de un "m/olo$ Al llenar la esfera con a%ua y e0ercer 1resión

so/re ella mediante el "m/olo4 se o/serva 3ue el a%ua sale 1or todos los a%u0eros con lamisma 1resión$,am/i"n 1odemos ver a1licaciones del 1rinci1io de Pascal en las 1rensas idr2ulicas$

MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA Página 7?


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PRINCIPIO DE ARQUIMEDES:

El 1rinci1io de Ar3u&medes es un 1rinci1io f&sico 3ue afirma 3ue bn cuer1o total o 1arcialmente sumer%ido en un fluido en re1oso4 reci/e un em1u0e de a/a0o acia arri/ai%ual al 1eso del volumen del fluido 3ue desalo0a$ Esta fuer5a? reci/e el nom/rede em1u0e idrost2tico o de Ar3u&medes4 y se mide en neton Ben el SIC$ El 1rinci1io deAr3u&medes se formula as&

o /ien

donde E es el em1u0e4 f es la densidad del fluido4 ' el bvolumen de fluido des1la5ado 1or al%n cuer1o sumer%ido 1arcial o totalmente en el mismo4 % la aceleración de la%ravedad y m la masa$ De este modo4 el em1u0e de1ende de la densidad del fluido4 delvolumen del cuer1o y de la %ravedad e6istente en ese lu%ar$ El em1u0e Ben condicionesnormales7 y descrito de modo sim1lificado* C acta verticalmente acia arri/a y est2a1licado en el centro de %ravedad del cuer1oG este 1unto reci/e el nom/re de centrode carena$


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Propiedades de Los Fluidos - Mecánica de Fluidos e Hidraulica

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