PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Definición de FLUIDO: Sustancia que se deforma constatemente cuando se somete a un esfuerzo cortante (por más pequeño que sea). Sustancia que ocupa la forma del recipiente que lo contiene (LIQUIDO). Sustancia que ocupa la forma y el volumen del recipiente que lo contiene (GAS).
Insertar figura 1.1 Fuerza que causa que la velocidad U sea uniforme Área de la placa superior El fluido se deforma de abdc a la nueva posición ab’c’d Es la rapidez de deformación angular En forma más general LEY DE VISCOSIDAD DE NEWTON
el factor de proporcionalidad se denomina viscosidad del fluido Insertar figura 1.2
UNIDADES Sistema de unidades es congruente (o consistente) cuando una unidad de fuerza causa que una unidad de masa sufra una unidad de aceleración. Sistema SI Insertar tabla 1.1 Sistema USC Unidad Derivada Unidad Derivada
Sistema USI necesita apoyarse en una cte. de proporcionalidad escribiendo la 2ª ley de Newton de la forma En condiciones de gravedad estándar en el vacío: Por lo tanto la gravedad específica g0 vale en USI: en EEUU, en China o en la Luna El peso W de un cuerpo se determina por el producto de la masa M por la aceleración local de la gravedad g. En la contratapa de libro se dan las conversiones en distintos sistemas para varias unidades.
Insertar tabla 1.2 PREFIJOS para potencias de 10 en el SISTEMA SI
VISCOSIDAD Es la propiedad mas importante en el flujo de fluidos. La viscosidad es la propiedad mediante la cual ofrece resistencia al corte. Según la ley de viscosidad de Newton, para una deformación angular dada, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la viscosidad. Ej. La miel y la brea son altamente viscosos; el agua y el aire tienen viscosidades muy pequeñas. La viscosidad de un gas aumenta con la temperatura. La viscosidad de un líquido disminuye con la temperatura.
VISCOSIDAD Para presiones bajas la viscosidad depende sólo de la temperatura. En estado de reposo, o cuando no existe movimiento diferencial entre capas adyacentes, du/dy es cero y no existe esfuerzo cortante (estática de los fluidos Cap. 2). Las dimensiones de la viscosidad: Por la 2ª ley de Newton: entonces la viscosidad también se puede expresar:
VISCOSIDAD UNIDADES para la viscosidad Absoluta o Dinámica Para el sistema SI (1 E-3 Ns/m2) Para el sistema USC Para el sistema CGS Poise (P)
VISCOSIDAD Viscosidad Cinemática: Para el sistema SI (1 E-6 m2/s) Para el sistema USC Para el sistema CGS Stoke (St) Valores de ? ? ver figuras C.1 y C.2 del apéndice “C”
MEDIO CONTINUO Para adoptar bases matemáticas o analíticas, es necesario considerar que la estructura molecular original es reemplazada por un medio hipotético llamado medio continuo. Por ej. la velocidad de un punto debe ser considerada como el promedio de la velocidad de la masa que rodea ese punto. La densidad, el volumen específico, la presión, velocidad y aceleración se supone que varían contínuamente en todo el fluido o que son constantes.
DENSIDAD se define como la masa por unidad de volumen para agua a presión estandar (760 mmHg) y a 4 ºC, o bien VOLUMEN ESPECIFICO es el recíproco de la densidad, es decir, el volumen ocupado por la unidad de masa. PESO ESPECIFICO es el peso por unidad de volumen depende de la aceleración de la gravedad
DENSIDAD RELATIVA relación entre el peso de una sustancia y el peso de un volumen equivalente de agua en condiciones estándar. PRESIÓN es la fuerza normal que enpuja contra un área plana dividida por el área. Dentro de un recipiente, el fluido ejerce también en una presión contra las paredes, y el o recipiente ejerce una reacción que será compresiva para el fluido. En estática de fluidos
GAS PERFECTO las relaciones termodinámicas y los flujos de fluidos compresibles se limitan al los gases prefectos (o ideales), los cuales satisfacen la siguiente ley: fluido ideal: carece de fricción y es imcompresible gas perfecto: tiene viscosidad (desarrolla esfuerzos de corte) y es compresible La ecuación se puede escribir y R tiene unidades de
Ley de CHARLES: p = cte, V del gas depende solo de T Ley de BOYLE: T = cte, V del gas depende solo de p haciendo el análisis a nivel molecular e introduciendo la ley de AVOGADRO (volúmenes iguales de gases a la misma T y p absolutas tienen el mismo número de moléculas, por lo tanto, sus masas son proporcionales a los pesos moleculares) resulta el producto MR llamado cte universal de los gases. M: peso molecular ver tabla C.3 del apéndice “C”
Calor específico cv: es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando V es cte. Calor específico cp: es el número de unidades de calor agregadas por unidad de masa para aumentar la temperatura 1 grado cuando p es cte. k es la relación de calores específicos R se relaciona con cv y cp mediante la forma
MODULO ELASTICO A LA COMPRESION Es importante cuando existen cambios repentinos o grandes en la presión (GOLPE DE ARIETE). Un aumento de presión dp causará una disminución del volumen -dV. para agua a 20 ºC, K = 2.2 Gpa. (Ver tabla C.2 apéndice “C”). PRESIÓN DE VAPOR Cuando la presión arriba de un líquido es igual a la presión de vapor ocurre la ebullición. Es importante cuando la presión en el flujo tiene una fuerte reducción en algunos lugares del sistema (CAVITACION).
TENSION SUPERFICIAL Fenómeno que se observa en la interface entre un líquido y un gas, o entre dos líquidos inmiscibles, debido a la atracción molecular debajo de la superficie del líquido. Insertar figura 1.6
Valores aprox. de propiedades de líquidos comunes Insertar tabla 1.3