MECANICA DE FLUIDOSESCUELA DE PETROLEO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSINTEGRANTES

Carranza Castillo Yenseni

INTRODUCCIÓN

En todo proceso industrial se manejan variables, como temperatura, flujo de

fluidos, presión, entre otras. Estas variables influyen en el funcionamiento correcto

del proceso y en el producto final, por ello es necesario monitorearlas

constantemente y controlar su magnitud, de lo contrario el producto no cumplirá

con la calidad requerida.

El flujo de fluidos se puede encontrar en un gran porcentaje de procesos

industriales ya que se presenta como una variable a controlar, por ejemplo en la

mezcla de componentes líquidos bajo una determinada concentración de cada uno

o como variable manipulada tal es el caso del control de flujo de gas para calentar

un recipiente y así controlar la temperatura. Por esta razón es necesario que los

ingenieros estén bien capacitados sobre las características de los fluidos, y la

forma en que se realiza la medición de flujo para su posterior control.

Los fluidos son sustancias que abundan en la naturaleza, su uso es común en la

vida cotidiana, de ahí la importancia de conocer su comportamiento tanto en

reposo como en movimiento. Los fluidos, como todos los materiales tienen

propiedades físicas que permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento así

como distinguirlos entre sí. Algunas de estas propiedades son exclusivas de los

fluidos y otras son típicas de todas las sustancias. Características como la

viscosidad y la presión de vapor solamente se pueden definir en los fluidos, sin

embargo la densidad y el peso específico son propiedades de sólidos y fluidos. El

conocimiento de las características, propiedades y la dinámica de los fluidos es

necesario para diseñar adecuadamente ductos que sirvan de transporte para los

mismos, bombas, compresores, aviones, automóviles, sistemas de bombeo, así

como elementos de medición de flujo.

JUSTIFICACION

El ingeniero que se involucre con el manejo de los fluidos deberá conocer sus

propiedades físicas y mecánicas para comprender su comportamiento, para

proponer y diseñar soluciones a problemas que se relacionen con los fluidos.

OBJETIVOS

Determinar las propiedades físicas, Densidad, Peso específico y gravedad

específica a un líquido utilizando diferentes métodos.

Comprobar que la densidad de un fluido está relacionada directamente con

su masa

Comprobar que el peso específico de un fluido está relacionado

directamente con la densidad.

Adquirir destreza en el uso de los instrumentos y equipos de laboratorio.

Aprender que con métodos sencillos de laboratorio podemos averiguar

propiedades de los fluidos

MARCO TEORICO

LA MECANICA DE LOS FLUIDOS Y LA HIDRAULICA

La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; analiza

las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para mejorar el

aprovechamiento de las aguas; se divide en hidrostática (líquidos en reposo) y la

hidrodinámica (líquidos en movimiento). Tiene para su estudio las características

de los líquidos que son: viscosidad (resistencia de un líquido a fluir), tensión

superficial (fuerza de atracción entre las moléculas de un líquido que permite que

se forme una finísima membrana plástica en la superficie del líquido), cohesión

(fuerza que mantiene unidad entre moléculas de una misma sustancia),

adherencia (fuerza de atracción entre moléculas de sustancias diferentes),

capilaridad (fenómeno que se presenta cuando existe contacto entre un líquido y

una pared sólida.

DEFINICION DE FLUIDO

Los fluidos son sustancias capaces de fluir y que se adaptan a la forma de los

recipientes que los contienen. Cuando están en equilibrio, los fluidos no pueden

soportar fuerzas tangenciales o cortantes.

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a un

esfuerzo cortante, sin importar que tan pequeño sea este esfuerzo cortante, por

tanto, en ausencia de este, no habrá deformación. Un esfuerzo cortante es la

componente de fuerza tangente a una superficie, dividida por el área de la

superficie.

Para la descripción del movimiento de un fluido recurriremos a las leyes generales

de la Mecánica (leyes de Newton, leyes de conservación de la cantidad de

movimiento y de la energía), junto con relaciones específicas condicionadas por la

fluidez.

Los fluidos se dividen en:

a) Líquidos.- son prácticamente incomprensibles, ocupan un volumen

determinado, adoptan la forma del recipiente que los contiene y permanece

quieto con una superficie libre horizontal.

b) Gases.- son comprensibles, a una presión y temperatura determinado

ocupan un volumen determinado, pero puestos en libertad se expanden

hasta ocupar el volumen completo del recipiente que los contiene y no

presentan superficie libre.

CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS

Si el fluido se encuentra en reposo en su interior no puede existir fuerzas

tangenciales a superficie alguna.

Los fluidos ofrecen una resistencia a la rapidez de deformación, cuando se

someten a un esfuerzo tangencial. Esta resistencia se llama viscosidad.

Los esfuerzos tangenciales que se producen no dependen de las

deformaciones que experimenta, sino de la rapidez con que estas se

producen.

TIPOS DE FLUIDOS

a. Fluidos newtonianos.- es un fluido cuya viscosidad puede considerarse

constante en el tiempo. El esfuerzo tangencial es directamente proporcional

a la rapidez de la deformación angular o a partir de valores cero iniciales.

Por ejemplo el agua, el aire y algunos aceites.

b. Fluidos no newtonianos.- es aquel cuya viscosidad varia con la temperatura

y presión, pero no con la variación de velocidad. La variación entre el

esfuerzo tangencial y la rapidez de la deformación angular no es lineal,

pues depende del tiempo de exposición al esfuerzo (agitación) y de la

magnitud del mismo. Por ejemplo el betún, los compuestos de celulosa,

grasas, etc.

DEFINICION DE PROPIEDAD

Es toda característica observable y/o cuantificable de las sustancias, que las

describe y que permanece constante cuando la sustancia se halla en un estado

particular.

CLASIFICACION DE LAS PROPIEDADES

a. Propiedades extensivas.- dependen de la Masa total del sistema. Ejemplo:

Densidad, Energía etc.

b. Propiedades intensivas.- no dependen de la masa total del sistema.

Ejemplo: Temperatura, Presión, etc.

NOTA: Las propiedades físicas extensivas pueden convertirse en intensivas si se

divide entre la MASA, en este caso se le aumenta el término «específico».

Por ejemplo: peso específico, volumen específico, densidad específica, etc.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Densidad

Describe como están unidos los átomos que componen el fluido. Es decir, el grado

de compactación que existe internamente.

La densidad de una sustancia se define como el cociente de su masa entre el

volumen que ocupa.

La unidad de medida en el S.I. de Unidades es kg/m3, también se utiliza

frecuentemente la unidad g/cm3

ρ=mV

Por el contrario, para un fluido inhomogéneo, la densidad ρ varía de un punto a

otro. Por tanto tenemos que definir la densidad en un punto como la masa por

unidad de volumen en un elemento diferencial de volumen en torno a ese punto:

ρ=ρ(x , y , z , t)=dm /dV

Esto es posible gracias a la continuidad. En los líquidos, al tener baja

compresibilidad, la densidad depende de la temperatura, pero apenas depende de

la presión, ρ=ρ(T ). Para los fluidos compresibles, la densidad depende en general

tanto de la presión como de la temperatura, ρ=ρ( p ,T ). Para el caso concreto de

un gas ideal, con una ecuación de estado pV=nRT , la densidad tiene la forma

concreta:

ρ( p ,T )=M p/VRT

Peso específico (γ)

Este número está íntimamente ligado a la densidad de cualquier material y debido

a su fácil manejo por sus unidades su uso es muy amplio dentro de la ingeniería.

El peso específico se define como el peso por unidad de volumen. En el sistema

internacional sus unidades son [N/m3]. Para un fluido homogéneo γ = mg/V = ρg,

mientras que para un fluido inhomogéneo,

γ=γ (x , y , z , t)=gdm /dV=ρg

Donde g es la aceleración de la gravedad.

Gravedad especifica

También se le conoce como peso específico relativo o densidad relativa; se define

como la relación entre la densidad (o el peso específico) de un líquido cualquiera y

la densidad o (el peso específico) del agua. Es adimensional

¿=γsustγH 2O

Presión.

Se define presión como el cociente entre la componente normal de la fuerza sobre

una superficie y el área de dicha superficie.

La unidad de medida recibe el nombre de Pascal ( Pa ).

1 Pa =1 N/m2

Otras unidades de presión:

1 atm = 1,013 x 105 Pa

1 atm = 760 torr

1 mm de Hg = 1 torr

1 libra /pulgada2 (psi) = 6,90 x 103 Pa

1 bar = 105 Pa

Viscosidad.

Es una propiedad de los fluidos que se refiere al grado de fricción interna.

Se asocia con la resistencia que presentan dos capas adyacentes moviéndose

dentro del fluido.

Debido a la viscosidad, parte de la energía cinética del fluido se convierte en

energía interna.

Como se ha dicho en la introducción, la viscosidad refleja la resistencia al

movimiento del fluido y tiene un papel análogo al del rozamiento en el movimiento

de los sólidos. La viscosidad está siempre presente en mayor o menor medida

tanto en fluidos compresibles como incompresibles, pero no siempre es necesario

tenerla en cuenta. En el caso de los fluidos perfectos o no viscosos su efecto es

muy pequeño y no se tiene en cuenta, mientras que en el caso de los fluidos

AF

P

reales o viscosos su efecto es importante y no es posible despreciarlo. En el caso

del agua a veces se habla del flujo del agua seca para el flujo no viscoso del agua

y del flujo del agua mojada para el flujo viscoso.

Viscosidad dinámica o absoluta: es la Propiedad de un fluido que opone

resistencia al corte. La viscosidad se debe primordialmente a las

interacciones entre las moléculas del fluido.

μ= Th

2π R3ωl

Unidades en el S.I.: N s/m2

Unidades en el cgs: dina s/cm2 [poise]

viscosidad cinemática : es la relación entre la viscosidad dinámica y la

densidad de masa del fluido

ν=μρ

Unidades en el S.I.: m2/s

Unidades en el cgs: cm2/s (stoke)

Comprensibilidad

Es una medida de cambio de volumen y por lo tanto de su densidad. Se define

como el cambio de presión dividido entre el cambio asociado al volumen por

unidad de volumen.

Su unidad es pascales [Pa]

β=−1V

(dVdP

)

Presión de vapor

Todos los líquidos tienden a evaporarse en la inmediata vecindad de la superficie

libre. De la misma manera algunas de las moléculas libres regresan al líquido y

pueden alcanzar un equilibrio cuando es igual el número de las que salen y las

que regresan.

Las moléculas que dejan el líquido dan lugar a la presión de vapor (Pv) que

depende de la temperatura. Cuando menor sea la presión a la que está sometido

un líquido, menor será la temperatura a la que se produce la ebullición.

Sus unidades en el S.I. es Pascal (Pa)= N/m2= Kg /m.s2

Turbulencia

Debido a la rapidez en el que se desplaza las moléculas el fluido se vuelve

turbulento.

Un flujo irregular caracterizado por pequeñas regiones similares a torbellinos.

Estabilidad

Se dice que el flujo es estable cuando sus partículas siguen una trayectoria

uniforme, es decir, nunca se cruzan entre sí.

La velocidad en cualquier punto se mantiene constante en el tiempo

Tensión Superficial

Se define como tensión superficial al trabajo al trabajo que debe realizarse para

elevar moléculas en número suficiente del interior hasta la superficie libre para

crear una nueva unidad de área.

Numerosas observaciones sugieren que la superficie actúa como una membrana

estirada bajo tensión.

Esta fuerza, que actúa paralela a la superficie, proviene de las fuerzas atractivas

entre las moléculas. Se define a la fuerza como:

Su unidad es J/m2 o N/m

Capilaridad

Esta propiedad le permite a un fluido, avanzar a través de un canal delgado,

siempre y cuando, las paredes de este canal estén lo suficientemente cerca.

Sus unidades son mm, cm, m.

Fu formula general es :

Donde:

 = tensión superficial interfacial (N/m)

θ = ángulo de contacto

ρ = densidad del líquido (kg/m³)

g = aceleración debida a la gravedad (m/s²)

r = radio del tubo (m)

LF Donde: L: es la longitud de la superficie. : es el coeficiente de tensión superficial, que depende fuertemente de la temperatura y de la composición del líquido

APLICACIONES DE PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

CONCLUSIONES

La mecánica de los fluidos estudia el comportamiento de estos como un medio continuó, sin considerar lo que ocurre a nivel de sus moléculas. Se definen como propiedades intensivas a las que no dependen de la cantidad de materia comprometida, y extensivas a las que dependen.

Los fluidos tienen dos propiedades mecánicas: masa específica y peso específico. La propiedad más importante para los fluidos es la viscosidad, además tiene otras propiedades como: la compresibilidad, calor específico y tensión superficial.