Download - Analisis de Propiedades de Los Fluidos
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Autor: Pedro J Pérez F
C.I: 15.843.924
Maracaibo, Mayo de 2016
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO POLITÉCNICO SANTIAGO
MARIÑO, EXTENSIÓN MARACAIBO
2Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño, extensión Maracaibo. Escuela de Ingeniería Industrial [45]. Propiedades de los fluidos, SAIA Sección S periodo 2016-1
Mayo, 20 De 2016
PÉREZ, P.1
Antes de hablar de las propiedades de un fluido debemos definir lo que esto
significa, desde el punto de vista de la ingeniería cuando hablamos del término FLUIDO
nos estamos refiriendo sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un
esfuerzo cortante, sin importar lo pequeño que sea el esfuerzo aplicado. De lo anterior
podemos inferir que un fluido es toda aquella sustancia capaz de fluir, por tal motivo la
clasificación básica de los fluidos es:
Líquidos
Gases
En general, todos estamos familiarizados con las características distintivas de esas
fases, comparadas con la fase sólida. Sin embargo, también sabemos que los líquidos y los
gases tienen aspectos completamente distintos; por lo tanto, debemos buscar una
característica común que nos permita clasificarlos simplemente como fluidos. Al discutir la
dinámica de fluidos, nos interesa el comportamiento de los fluidos en movimiento y la
forma en que este comportamiento se relaciona con los momentos y las fuerzas aplicados.
Tanto los líquidos como los gases y vapores tienen en común una forma distinta de
reaccionar cuando están sometidos a esfuerzos tangenciales, lo cual explica su «fluidez» y
proporciona la clave básica para desarrollar los principios de la dinámica de los fluidos.
Figura 1. Tipos de Fluido
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No todos los fluidos muestran exactamente la misma relación entre el esfuerzo y la
rapidez de deformación. Un fluido se llama newtoniano, si el esfuerzo tangencial es
directamente proporcional a la rapidez de deformación angular, partiendo de esfuerzo cero
y deformación cero. En estos casos, la constante de proporcionalidad es definida como la
viscosidad absoluta o dinámica. Así, los fluidos newtonianos tienen la propiedad de poseer
una viscosidad dinámica independiente del movimiento al que está sometido el fluido. Los
fluidos más comunes, como el aire y el agua, son newtonianos. Los fluidos que manifiestan
una proporcionalidad variable entre esfuerzo y rapidez de deformación se conocen como
no-newtonianos. En tales casos, la proporcionalidad puede depender del intervalo de
tiempo durante el cual el fluido está sujeto al esfuerzo; así como de la magnitud del mismo.
Un gran número de fluidos, de uso poco común, pero que son sumamente importantes, son
no-newtonianos. Algunas substancias, especialmente algunos de los plásticos, tienen un
esfuerzo de fluencia, por debajo del cual se comportan como un sólido, pero más allá de
éste se comportan como un fluido.
En el siguiente enlace podemos apreciar ejemplos de fluidos no-newtonianos
http://www.taringa.net/post/ciencia-educacion/19331697/Fluidos-NO-Newtonianos-
y-tutorial-para-Hacerlos.html
Como se trata de un análisis de las propiedades de los fluidos me parece pertinente
en este punto hablar su aplicabilidad antes de pasar a definir ciertos términos, como parte
importante del mundo que nos rodea los fluidos están presentes y los utilizamos a diario en
las distintas actividades que podamos desempeñar, como por ejemplo poder utilizar agua en
una casa o apartamento, en la industria poder trasladar petróleo de un poso a una estación
de tanques, poder mezclar dos fluidos diferentes que pueden reaccionar entre sí para formar
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un tercero y este ser trasladado a otra sección a través de bombeo. Como podemos ver los
fluidos están presentes en nuestra vida daría de manera directa o indirecta y el desarrollo de
la tecnologías y de las industrias dependen del estudio y comportamiento de los fluidos, En
su sentido estricto, la dinámica de fluidos comprende el estudio de la distribución y
difusión de materias fluidas y de sus diversas propiedades, así como el movimiento de
fluidos a través de sistemas.
A continuación vamos a hablar de las propiedades de los fluidos.
Propiedades Extensivas e Intensivas
En termodinámica se distingue entre aquellas propiedades cuyo valor depende de la
cantidad total de masa presente, llamadas propiedades extensivas, y aquellas propiedades
cuya medida es independiente de la cantidad total de masa presente que son llamadas
propiedades intensivas.
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Presión: La podemos definir como la cantidad de fuerza que se ejerce sobre un
superficie en dirección perpendicular, está representada por un escalar (número) la unidad
comúnmente utilizada para expresarla es el Pascal (Pa). La presión puede medirse con
respecto a un valor cero absoluto (llamada presión absoluta) o con respecto a la presión
atmosférica en la localidad en que la medimos (llamada presión manométrica). Así,
p (manométrica) = p (absoluta) - patm
ρ . g . h = p (absoluta) - patm
Principio fundamental La Hidrostática trata de los líquidos en reposo. Un líquido encerrado en un recipiente crea
una presión en su seno y ejerce una fuerza sobre las paredes que lo contienen.
P = ρ . g . h
Los fluidos (líquidos y gases) ejercen también una presión, P = ρ.g.h, sobre
cualquier cuerpo sumergido en ellos. La presión será tanto mayor cuanto más denso sea el
fluido y mayor la profundidad. Todos los puntos situados a la misma profundidad tienen la
misma presión.
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Dos o más vasos comunicados por su base se llaman vasos comunicantes. Si se
vierte un líquido en uno de ellos, se distribuirá de tal modo que el nivel del líquido en todos
los recipientes es el mismo, independientemente de su forma y sus capacidades. Éste es el
llamado Principio de los vasos comunicantes. Este principio es una consecuencia de la
ecuación fundamental de la Hidrostática: Los puntos que están a la misma profundidad
tienen la misma presión hidrostática y, para que eso ocurra, todas las columnas líquidas que
están encima de ellos deben tener la misma altura. Parece "de sentido común" pensar que el
recipiente que contiene más agua, y que por tanto tiene mayor peso, el que tiene paredes
que convergen hacia el fondo, soporta mayor presión, pero no es así: la Física lo demuestra
y la experiencia lo confirma.
¡La Física no se guía por el llamado sentido común! Las conclusiones a las que
llegamos por el “sentido común” proceden de razonamientos que tienen sus fuentes de
información en lo que observamos con los sentidos y éstos a menudo nos engañan.
Todos los puntos que están a la misma profundidad soportan la misma presión.
p1 = p2
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Principio de Pascal
Enunciado
Blaise Pascal, matemático, físico y filósofo francés del siglo XVII (ver breve
biografía en la página) enunció el siguiente principio:
Principio de viscosidad.- El coeficiente de viscosidad
Para que exista movimiento de un cuerpo a través de un fluido o para el movimiento
del fluido dentro de un conducto se debe ejercer una fuerza que sobrepase la resistencia
ofrecida por el fluido. La magnitud de la resistencia ofrecida por el fluido es una resistencia
a la deformación y estará determinada por la velocidad de deformación como por una
propiedad del fluido denominada viscosidad
Entonces la viscosidad se puede definir como la resistencia de los fluidos a fluir. A
mayor viscosidad, menor flujo. En términos microscópicos se relaciona con las fuerzas
intermoleculares, y con el tamaño y forma de las moléculas que constituyen el líquido. La
viscosidad de la mayoría de los líquidos disminuye al aumentar la temperatura.
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En la práctica se utilizan dos tipos de viscosidad:
• Viscosidad dinámica μ
• Viscosidad cinemática ν
Viscosidad dinámica
El principio de viscosidad de Newton establece que: para un flujo laminar de ciertos
fluidos llamados newtonianos, la tensión cortante en una interface tangente a la dirección
de flujo, es proporcional al gradiente de la velocidad en dirección normal a la interface.
La ecuación anterior es la llamada ecuación de Newton de la viscosidad y el
coeficiente de proporcionalidad μ, es el llamado coeficiente de viscosidad dinámica.
Viscosidad cinemática Frecuentemente en los cálculos de mecánica de fluidos se presenta el cociente de la
viscosidad dinámica entre la densidad del fluido. Por ello, de manera convencional, la
viscosidad cinemática se define como la razón entre la viscosidad dinámica y la densidad
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Fluidos newtonianos y no newtonianos
Los fluidos se clasifican desde el punto de vista de la relación que existe entre la
viscosidad y la velocidad de deformación en fluidos newtonianos y fluidos no newtonianos.
Fluido newtoniano es todo fluido que se comporta según la ley de Newton de la
viscosidad. Es decir que la viscosidad es función exclusiva de la condición del fluido.
Los fluidos no newtonianos no se comportan de acuerdo con la ley de Newton de la
viscosidad. La viscosidad del fluido no newtoniano depende del gradiente de velocidad,
además de la condición del fluido.
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La aplicabilidad de los conceptos antes vistos la vamos a resumir en la siguiente parte donde se desarrollarán unos ejercicios clásicos para medir presión utilizando manómetros de tubo tipo U escojo estos debido a la importancia que tiene en la industria la medida de la presión dinámica. La medición y el control de presión son las variables de proceso más usadas en los más distintos sectores de la industria de control de procesos. Además, a través de la presión se puede inferir fácilmente una serie de otras variables, tales como, nivel, volumen, flujo y densidad. Aunque en la industria se usan otros tipos de dispositivos para medir la presión todos parten del mismo principio básico.
[Escri
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