UNIDADI

MECNICA DE FLUIDOS

UNIDAD I. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

1. INTRODUCCIN

La mecnica de fluidos se define como la ciencia que estudia el comportamiento de

los fluidos en reposo (esttica de fluidos) o en movimiento (dinmica de fluidos), y la

interaccin de stos con slidos o con otros

fluidos en las fronteras. La mecnica de fluidos tambin se menciona como

dinmica de fluidos al considerar a los fluidos en reposo como un caso especial

con velocidad cero (Fig. 01)

La mecnica de fluidos tambin se divide en varias categoras. El estudio del

movimiento de fluidos que son prcticamente incompresibles (como los

lquidos, en especial el agua y los gases a

bajas velocidades) suele mencionarse como hidrodinmica. Una subcategora de sta es

la hidrulica, que estudia los flujos de lquidos en tubos y canales abiertos. La

dinmica de gases trata del flujo de fluidos que sufren cambios significativos en la

densidad, como el flujo de gases a travs

de toberas a altas velocidades.

Fig 01 . La mecnica de fluidos trata de los

lquidos y los gases en movimiento o en reposo.

2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES

INTRODUCTORIOS

2.1. PRESION: La presin se define como la cantidad de fuerza que se ejerce sobre

una unidad de rea de una sustancia o sobre una superficie. Se enuncia por medio

de la ecuacin:

Los fluidos estn sujetos a variaciones

grandes de presin, en funcin del sistema

en el que se utilizan.

2.2. LIQUIDOS Y GASES : Los fluidos pueden ser lquidos o gases.

Si un lquido se almacena en un

contenedor, tiende a adoptar la forma de este, y cubre el fondo y las paredes

laterales. La superficie, en contacto con la atmosfera mantiene un nivel uniforme.

Cuando el contenedor se inclina el lquido

tiene a derramar. Si se mantiene un gas a presin en un

recipiente cerrado, tiende a expandirse y llenarlo por completo. Si el contenedor se

abriera, el gas tendera a expandirse aun ms y a escapar de l.

Entonces podemos indicar que los gases se

comprimen con facilidad y los lquidos se comprimen muy poco.

2.3. PESO Y MASA : Para comprender las

propiedades de los fluidos, es necesario

saber diferenciar el peso de la masa. La masa es la propiedad que tiene un

cuerpo de fluido, es la medida de la inercia o resistencia a cambiar el movimiento de

este. Tambin es la medida de la cantidad de fluido.

El peso es la cantidad que pesa un cuerpo

de fluido, es decir: la fuerza con la que el fluido es atrado hacia la tierra por la accin

de la gravedad.

2.4. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

2.4.1. PESO ESPECFICO: Es la cantidad

de peso por unidad de volumen de una sustancia.

Las unidades del peso especifico son los newtons sobre metro cubico (N/m 3) en el

SI. Tambin lb/pie3

2.4.2. DENSIDAD: Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia.

Las unidades de la densidad son kilogramos

por metro cubico (kg/m 3), en el SI.

El recproco de la densidad es el volumen especfico v, el cual se define como volumen por unidad de masa. Es decir, v = V/m = 1/ . Para un elemento diferencial de

volumen de masa m y volumen V, la

UNIDADI

densidad se puede expresar como

m/ V.

Fig. 02 . La densidad es masa por unidad

de volumen; el volumen especfico es volumen por unidad de masa.

2.4.3. GRAVEDAD ESPECFICA: Se

define de dos maneras: a) La gravedad especfica o densidad

relativa es la razn de la densidad de una

sustancia a la densidad del agua a 4C.

b) La gravedad especfica es la razn del

peso especfico de una sustancia al peso especfico del agua a 4C.

El fluido de referencia ser el agua pura a 4C. El agua tiene su mayor densidad

precisamente a esta temperatura.

2.4.4. TENSION SUPERFICIAL: La

tensin superficial acta como una pelcula en la interfaz entre la superficie del agua

lquida y el aire sobre ella. Las molculas de

agua por debajo de la superficie se ven atradas una por la otra y por aquellas que

estn en la superficie. En forma cuantitativa, la tensin superficial se mide

como el trabajo por unidad de rea que

requiere para llevar las molculas de la parte inferior hacia la superficie del lquido.

Las unidades resultantes son la fuerza por unidad de longitud, como N/m.

La tensin superficial tambin es la causa d que las gotas de agua adopten la forma

casi esfrica.

2.4.5. COMPRESIBILI DAD: La

compresibilidad se refiere al cambio de volumen (V) que sufre una sustancia

cuando se le sujeta a un cambio de presin.

La cantidad usual que se emplea para medir este fenmeno es el modulo

volumtrico de elasticidad, o sencillamente modulo volumtrico (E):

Lquido

Mdulo volumtrico

(PSI) (MPa) Alcohol etlico 130000 896 Benceno 154000 1062 Aceite para maquina 189000 1303 Agua 316000 2179 Glicerina 654000 4509 Mercurio 3590000 24750

Tabla 01. Valores del modulo volumtrico

para lquidos seleccionados, a presin

atmosfrica y 68F (20C)

2.4 .6. VISCOSIDAD: Expresa la facilidad que tiene un fluido para desplazarse

cuando se le aplica una fuerza externa. Es posible predecir la viscosidad de muchos

fluidos, el alquitrn es ms viscoso que el

agua, y a su vez, los gases son mucho menos viscosos que los lquidos.

El coeficiente de viscosidad absoluta es una

medida de su resistencia al deslizamiento o a sufrir deformaciones internas.

La unidad de la viscosidad absoluta o dinmica en el sistema internacional (SI) es

Newton por segundo partido por metro 2), es decir kilogramo

partido por metro segundo (kg/unidad se conoce como Poise.

Uno de los submltiplos ms utilizados es el centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad

ms utilizada para expresar la viscosidad

cinemtica de un fluido.

Unidad Pa.s cP

1 Pa.s 1 1000

1 cP 0,001 1

Fig. 03. Relacin de unidades para la viscosidad

b) Viscosidad cinemtica: Es el cociente

entre la viscosidad dinmica y la densidad,

y se suele usar la letra griega En el sistema internacional (SI) la unidad de

viscosidad cinemtica es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS

correspondiente para esta magnitud es el Stokes, con dimensiones de centmetro

cuadrado por segundo, y su mltiplo ms

utilizado es el centistoke (cSt). 1 m/s = 10 6 cSt

1 cSt = 10 -6 m2/s