PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

ALEJANDRO OZAETA EIDELMAN DOCENTE EAM

Definición De Fluido

• Un fluido es una sustancia que no puede permanecer en reposo bajo la acción de cualquier fuerza cortante

DENSIDAD

• La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen.

• La densidad se denota con la letra griega rho (ρ):

𝜌𝜌 =𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎

𝑉𝑉𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑚𝑚𝑜𝑜𝑜𝑜𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚3 ó

𝑜𝑜𝑙𝑙𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜3

ó𝑎𝑎𝑜𝑜𝑜𝑜𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜3

𝜌𝜌𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻

= 1000𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚3 = 62.428

𝑜𝑜𝑙𝑙𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜3

= 1.94𝑎𝑎𝑜𝑜𝑜𝑜𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜3

• En líquidos las variaciones de temperatura y presión afectan muy poco el valor de la densidad, a diferencia de los gases en donde estos factores influyen fuertemente.

• Medición de la densidad

La ASTM International (American Society for Testing and Materials) ha publicado varios métodos estándar de prueba para medir la densidad, la cual se obtiene con recipientes que miden volúmenes con precisión, llamados picnómetros.

PESO ESPECIFICO

• se define como la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia.

• El peso específico se denota por la letra gamma (γ):

• 𝛾𝛾 = 𝜌𝜌 ∗ 𝑘𝑘 = 𝑤𝑤𝑉𝑉

𝑁𝑁𝑚𝑚3 ó 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙

𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝3

• Donde V es el volumen de una sustancia que tiene peso w, también se puede expresar como la densidad por la aceleración gravitacional terrestre.

DENSIDAD RELATIVA Y GRAVEDAD ESPECIFICA

• En algunas ocasiones es conveniente indicar el peso específico o densidad de un fluido con respecto al peso específico o densidad de un fluido común, denotando esta relación como gravedad especifica o densidad relativa.

• El agua tiene su mayor densidad a 4°C, por lo que la gravedad específica se define de dos manera: – La gravedad específica es la razón de la densidad de una

sustancia a la densidad del agua a 4°C. – La gravedad específica es la razón del peso específico de

una sustancia al peso específico del agua a 4°C.

𝑆𝑆𝑘𝑘 = 𝛾𝛾

𝛾𝛾𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻=

𝜌𝜌 ∗ 𝑘𝑘𝜌𝜌𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 ∗ 𝑘𝑘

=𝜌𝜌

𝜌𝜌𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻

Gravedad especifica de algunos líquidos [1]

Líquido S.G. T[°C]

Agua dulce Agua de mar Petróleo bruto ligero Petróleo bruto medio Petróleo bruto pesado Keroseno Gasolina ordinaria Aceite lubricante Fuel-oil Alcohol sin agua Glicerina Mercurio

1,00 1,02-1,03 0,86-0,88 0,88-0,90 0,92-0,93 0,79-0,82 0,70-0,75 0,89-0,92 0,89-0,94 0,79-0,80

1,26 13,6

4 4

15 15 15 15 15 15 15 15 0 0

Medición de la densidad relativa

• Densímetro o Hidrómetro: Es un instrumento utilizado para medir la gravedad específica (o densidad relativa) de líquidos, es decir, la proporción de la densidad del líquido a la densidad del agua.

Compresibilidad Se refiere al cambio de volumen (V) que sufre una sustancia cuando se le ejerce un cambio de presión. La cantidad que se emplea para medir este fenómeno es el modulo volumétrico (E):

• 𝐸𝐸 = − 𝑑𝑑𝑝𝑝𝑑𝑑𝑉𝑉 𝑉𝑉⁄

𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑝𝑝𝑝𝑝𝑙𝑙𝑝𝑝2

= 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝 ó 𝑁𝑁𝑚𝑚2 = 𝑃𝑃𝑎𝑎

Donde dp es el cambio diferencial de presión necesario para crear un cambio diferencial de volumen dV, de un volumen V. El signo negativo se debe a la reducción del volumen al aumentar la presión. Al disminuir el volumen aumenta la densidad por lo que el módulo de elasticidad también se puede expresar como:

• 𝐸𝐸 = 𝑑𝑑𝑝𝑝𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑⁄

VISCOSIDAD • Propiedad de los fluidos que representa la resistencia a fluir. • En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas

adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares características; así, por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con una placa superior sólida, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad.

• El esfuerzo cortante aplicado en cada capa de un fluido es proporcional a la razón de cambio de la velocidad de dicha capa con respecto a la distancia entre la capa y la superficie estática.

𝜏𝜏 = 𝐹𝐹𝐴𝐴∝ 𝑑𝑑𝑝𝑝

𝑑𝑑𝑑𝑑 𝜏𝜏 = 𝜇𝜇 ∗ 𝑑𝑑𝑝𝑝

𝑑𝑑𝑑𝑑

• Donde τ es el esfuerzo cortante en cada capa. • 𝑑𝑑𝑝𝑝

𝑑𝑑𝑑𝑑 es el gradiente de velocidad o razón de deformación de corte el

cual es constante 𝑑𝑑𝑝𝑝𝑑𝑑𝑑𝑑

= 𝑝𝑝ℎ

• μ es el coeficiente de viscosidad dinámica o absoluta. Los fluidos cambian su viscosidad en función de la temperatura de la siguiente manera:

– Para fluidos líquidos la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura

– Para fluidos gaseosos la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura

TENSION SUPERFICIAL • La superficie del líquido se comporta

como una membrana en tensión. • De acuerdo con la teoría de atracción

molecular, las moléculas de un líquido que se encuentran considerablemente debajo de la superficie actúan una sobre otra por medio de fuerzas que son iguales en todas direcciones.

• Sin embargo las moléculas que se encuentran cerca de la superficie tienen una mayor atracción entre si, que las presente entre las moléculas inmediatamente debajo de ella, por lo que en la superficie una molécula es atraída hacia el volumen

• Esto produce una superficie de líquido que actúa como una membrana estirada. Debido a este efecto de membrana, cada porción de la superficie de líquido ejerce tensión sobre porciones adyacentes o sobre objetos que estén en contacto con la superficie del líquido.

• Esta tensión actúa en el plano de la superficie y su magnitud por unidad de longitud se define como tensión superficial.

• Considerándose un fuerza de tensión que actúa en el plano de la superficie. La intensidad de la atracción molecular por unidad de longitud a lo largo de cualquier línea de superficie se denomina tensión superficial (σ). La tensión superficial es una propiedad del líquido y depende de la temperatura, así como del otro fluido en contacto.

𝜎𝜎 = 𝐹𝐹𝐿𝐿

BIBLIOGRAFIA • Mott, R. L. (2006). Mecánica de fluidos. México: Editorial PEARSON, 6ª

edición. • Munson B.R. et al. (1999). Fundamentos de mecánica de fluidos. México:

Editorial Limusa. 2ª edición. • Torres, J. P. Tension superficial. Mexico. Recuperado el 19 de abril de 2013

de http://www.astro.ugto.mx/~papaqui/ondasyfluidos/Tema_2.03-Tension_Superficial.pdf

• Cardona. R. Fluidos, densidad y peso específico, Recuperado el 19 de abril de 2013 de http://neuro.qi.fcen.uba.ar/ricuti/No_me_salen/FLUIDOS/FT_densidad.html.

• Echeverri. G. (2003). Viscosidad y poiseuille. Recuperado el 19 de abril de 2013 de http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/visco_poiseuille/visco_poiseuille.html