clase 1. propiedades físicas de los fluidos. conferencia

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