1.1 conceptos de fluidos
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1 UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
“LOS MERENGUES”
1.1 CONCEPTOS DE FLUIDOS:
En la naturaleza las sustancias se presentan en cualquiera de los tres estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Se
diferencian, desde el punto de vista de su agrupación molecular, por las distancias y las fuerzas cohesivas
intermoleculares; fuerzas que son relativamente grandes en los sólidos, medianas en los líquidos y extremadamente
pequeñas en los gases. Esta característica permite separar las sustancias en solo dos grupos: Fluidos y Sólidos.
Los gases y los líquidos son fluidos, concretamente por su movilidad al deformarse debido al efecto de cualquier fuerza
externa por muy pequeña que sea. Además, los líquidos se diferencian de los gases porque prácticamente son
incompresibles, mientras que los gases son compresibles debido a que las moléculas que lo constituyen pueden
aglutinarse o expansionarse ocupando todo el espacio que disponen en el recipiente o conducto donde se encuentran.
En cambio, los sólidos no comparten esta propiedad sino que bajo el efecto de una fuerza tangencial sufren inicialmente
una deformación elástica que de continuarse alcanza el límite elástico tolerable provocándoles una ruptura o sea una
deformación permanente e irreversible y nunca llegan a escurrirse.
Los líquidos:
Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de
atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número
de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.
Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican
propiedades como la fluidez o la viscosidad.
En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se
mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).
Gases:
Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la
temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a
gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:
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“LOS MERENGUES”
Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el
espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en
comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas.
Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.
Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene.
Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.
Las diferencias esenciales entre líquidos y gases son:
a) Los líquidos son prácticamente incompresibles y los gases son compresibles, por lo que en muchas ocasiones hay que
tratarlos como tales.
b) Los líquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres, mientras que una masa dada de gas se
expansiona hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo contenga.
Conceptos de fluidos:
1. Los fluidos son sustancias capaces de fluir y se adaptan a la forma de los recipientes que los contienen. Cuando
están en equilibrio, los fluidos no pueden soportar fuerzas tangenciales o cortantes. Todos los fluidos son compresibles
en cierto grado y ofrecen poca resistencia a los cambios de forma.
2. Fluido es aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la
forma del recipiente que lo contiene.
3. La palabra fluido proviene del latín "Fluere" que significa fluir. Los fluidos entonces fluirán ante el efecto de una
fuerza; aunque fuese solo para adoptar la forma del recipiente que los contiene.
4. Por lo tanto se puede definir a un fluido como una sustancia cuya masa tiene la capacidad de deformarse
continuamente, "acomodando sus moléculas", al ser sometida a una fuerza tangencial.
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“LOS MERENGUES”
5. Los fluidos son agregaciones de moléculas, muy separadas en los gases y próximas en los líquidos, siendo la distancia
entre las moléculas mucho mayor que el diámetro molecular, no estando fijas en una red, sino que se mueven
libremente.
Propiedades de los fluidos.
Estabilidad: se dice que el flujo es estable cuando sus partículas siguen una trayectoria uniforme, es decir, nunca se
cruza entre sí. La velocidad en cualquier punto se mantiene constante el tiempo.
Turbulencia: debido a la rapidez en que se desplaza las moléculas el fluido se vuelve turbulento; un flujo irregular es
caracterizado por pequeñas regiones similares a torbellinos.
Viscosidad: es una propiedad de los fluidos que se refiera el grado de fricción interna; se asocia con la resistencia
que presentan dos capas adyacentes moviéndose dentro del fluido. Debido a esta propiedad parte de la energía
cinética del fluido se convierte en energía interna.
Densidad: es la relación entre la masa y el volumen que ocupa, es decir la masa de unidad de volumen.
Volumen específico: es el volumen que ocupa un fluido por unidad de peso.
Peso específico: corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen.
Gravedad específica: indica la densidad de un fluido respecto a la densidad del agua a temperatura estándar. Esta
propiedad es dimensional.
Tensión superficial: En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para
disminuir su superficie por unidad de área.
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“LOS MERENGUES”
Tipos de Fluidos:
Fluido newtoniano: Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La
curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen.
El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles que son
ejemplos de fluido no newtoniano. Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos
bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites
minerales.
Fluido no newtoniano: es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura y presión, pero no con la variación de la
velocidad. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades que tienen que ver con la
relación entre el esfuerzo y los tensores de esfuerzos bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de
esfuerzo cortante oscilatorio.
Es importante clasificar los fluidos no newtonianos en independientes del tiempo o dependientes del tiempo. Algunos
ejemplos de fluidos independientes del tiempo son: el plasma sanguíneo, polietileno fundido, látex, almibares, adhesivos,
malazas y tintas. Los fluidos que dependen del tiempo son difíciles de analizar porque su viscosidad aparente varía con el
tiempo. Ejemplos de ellos son petróleos crudos a temperaturas bajas, tinta para impresoras, nylon, ciertas gelatinas,
mezclas de harina y varias soluciones de polímeros.
Fuentes consultadas:
Fernández Larrañaga Bonifacio (1999). INTRODUCCION A LA MECANICA DE FLUIDOS. México: Alfa omega Grupo Editorial.
Fay A. James (1995). MECANICA DE FLUIDOS.. México: Editorial CECSA Cuarta Edición.
Vernard J.K, Street R.L. (1998). ELEMENTOS DE MECANICADE FLUIDOS.. España: CECSA
5 UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
“LOS MERENGUES”
Movimiento no acotado de las moléculas
Compresibilidad
Distancia molecular grande
Fuerzas de Van der Waals
Ausencia de memoria de forma
Fluidos:
Es aquella sustancia
que, debido a su poca
cohesión intermolecular,
carece de forma propia y
adopta la forma del
recipiente que lo contiene.
Características:
Propiedades:
Extensivas:
Intensivas:
Son propiedades
relacionadas con
la masa total del
sistema:
Por ejemplo:
Masa
Volumen
Peso
Caracterizan el
comportamiento
específico de los
fluidos.
Por ejemplo:
Presión
Densidad
Temperatura
6 UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
“LOS MERENGUES”
Clasificación de
los fluidos:
Según su viscosidad:
LIQUIDOS
GASES
Son prácticamente te
incompresibles;
poseen un tamaño
definido, pero toman
la forma del recipiente
que lo contiene.
Se comprimen con
facilidad; adoptan
tanto la forma como el
tamaño del recipiente
que los contiene y, si se
les deja en libertad de
expandirse, lo hacen
indefinidamente.
FLUIDOS NEWTONIANOS
FLUIDOS NO NEWTONIANOS
Es un fluido cuya viscosidad
puede considerarse constante
en el tiempo. Los fluidos
newtonianos son uno de los
fluidos más sencillos de
describir.
Es aquel fluido cuya
viscosidad varía con la
temperatura y la tensión
cortante que se le aplica.
Como resultado, un fluido
no newtoniano no tiene
un valor de viscosidad
definido y constante, a
diferencia de un fluido
newtoniano.
Ejemplos:
AGUA
AIRE
SANGRE
GRASAS
METALES
LIQUIDOS
Las moléculas de un gas se encuentran
prácticamente libres, de modo que son capaces
de distribuirse por todo el espacio en el cual son
contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de
atracción entre las moléculas son despreciables,
en comparación con la velocidad a que se
mueven sus moléculas.
En los líquidos las partículas están unidas por unas
fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por
esta razón las partículas de un líquido pueden
trasladarse con libertad. El número de partículas por
unidad de volumen es muy alto, por ello son muy
frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.
Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la
forma del recipiente que los contiene.