1.1
CONCEPTOS DE FLUIDOS:
En la naturaleza las sustancias se presentan en cualquiera de los tres estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Se diferencian, desde el punto de vista de su agrupación molecular, por las distancias y las fuerzas cohesivas intermoleculares; fuerzas que son relativamente grandes en los sólidos, medianas en los líquidos y extremadamente pequeñas en los gases. Esta característica permite separar l as sustancias en solo dos grupos: Fluidos y Sólido s.
Los gases y los líquidos son fluidos, concretamente por su movilidad al deformarse debido al efecto de cualquier fuerza externa por muy pequeña que sea. Además, los líquidos se diferencian de los gases porque prácticamente son incompresibles, mientras que los gases son compresibles debido a que las moléculas que lo constituyen pueden aglutinarse o expansionarse ocupando todo el espacio que disponen en el recipiente o conducto donde se encuentran. En cambio, los sólidos no comparten esta propiedad sino que bajo el efecto de una fuerza tangencial sufren inicialmente una deformación elástica que de continuarse alcanza el límite elástico tolerable provocándoles una ruptura o sea una deformación permanente e irreversible y nunca llegan a escurrirse. escurrirse. Los líquidos: Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En l os líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón l as partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, po r ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas. Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se e xplican propiedades como la fluidez o la viscosidad. En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).
Gases: Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:
1
UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre l as moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas. Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene. Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene. Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen en ormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.
Las diferencias esenciales entre líquidos y gases son: a) Los líquidos son prácticamente incompresibles y los gases son compresibles, por lo que en muchas ocasiones hay que tratarlos como tales. b) Los líquidos ocupan ocupan un volumen definido y tienen tienen superficies superficies libres, mientras que una una masa dada de gas se se expansiona hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo contenga.
Conceptos de fluidos:
1. Los fluidos son sustancias capaces de fluir y se adaptan a la forma de los recipientes que los contienen. Cuando están en equilibrio, los fluidos no pueden soportar fuerzas tangenciales o cortantes. Todos l os fluidos son compresibles en cierto grado y ofrecen poca resistencia a los cambios de forma. 2. Fluido es aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene. 3. La palabra fluido proviene del latín "Fluere" que significa fluir. Los fluidos entonces fluirán ante el efecto de una fuerza; aunque fuese solo para adoptar la forma del recipiente que los contiene.
4. Por lo tanto se puede definir a un fluido como una sustancia cuya masa tiene la capacidad de deformarse continuamente, "acomodando sus moléculas", al ser sometida a una fuerza tangencial.
2
UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
5. Los fluidos son agregaciones de moléculas, muy separadas en los gases y próximas en los líquidos, siendo la distancia entre las moléculas mucho mayor que el diámetro molecular, no estando fijas en una red, sino que se mueven libremente.
Propiedades Propiedades de los fluidos.
Estabilidad: se dice que el flujo es estable cuando sus partículas siguen una trayectoria uniforme, es decir, nunca se cruza entre sí. La velocidad en cualquier punto se mantiene constante el tiempo. Turbulencia: debido a la rapidez en que se desplaza las moléculas el fluido se vuelve turbulento; un flujo irregular es caracterizado por pequeñas regiones similares a torbellinos. Viscosidad: es una propiedad de los fluidos que se refiera el grado de fricción interna; se asocia con la resistencia que presentan dos capas adyacentes moviéndose dentro del fluido. Debido a esta propiedad parte de la energía cinética del fluido se conv ierte en energía interna.
Densidad: es la relación entre la masa y el volumen que ocupa, es decir la masa d e unidad de volumen.
Volumen específico: es el volumen que ocupa un fluido por unidad de peso.
Peso específico: corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen.
Gravedad específica: indica la densidad de un fluido respecto a la densidad del agua a temperatura estándar. Esta propiedad es dimensional. Tensión superficial: En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para disminuir su superficie por unidad de área.
3
UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Tipos de Fluidos:
Fluido newtoniano: Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles que son ejemplos de fluido no newtoniano. Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales. Fluido no newtoniano: es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura y presión, pero no con la variación de la velocidad. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuerzo y los tensores de esfuerzos bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante oscilatorio.
Es importante clasificar los fluidos no newtonianos en independientes del tiempo o dependientes del tiempo. Algunos ejemplos de fluidos independientes del tiempo son: el plasma sanguíneo, polietileno fundido, látex, almibares, adhesivos, malazas y tintas. Los fluidos que dependen del tiempo son difíciles de analizar porque su viscosidad aparente varía con el tiempo. Ejemplos de ellos son petróleos crudos a temperaturas bajas, tinta para impresoras, nylon, ciertas gelatinas, mezclas de harina y varias soluciones de polímeros.
Fuentes consultadas: Fernández Larrañaga Bonifacio (1999). INTRODUCCION A LA MECANICA DE FLUIDOS. México: Alfa omega Grupo Editorial. Fay A. James (1995). MECANICA DE FLUIDOS.. México: Editorial CECSA Cuarta Edición. Vernard J.K, Street R.L. (1998). ELEMENTOS DE MECANICADE FLUIDOS.. España: CECSA
4
UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Características:
Movimiento no acotado de las moléculas Compresibilidad Distancia molecular grande Fuerzas de Van der Waals Ausencia de memoria de forma
Extensivas:
Fluidos: Es aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene.
Son propiedades relacionadas con la masa total del sistema:
Por ejemplo: Masa Volumen Peso
Propiedades:
Intensivas:
Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.
UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Por ejemplo: Presión Densidad Temperatura
LIQUIDOS
GASES Clasificación de los fluidos:
Son prácticamente te incompresibles; poseen un tamaño definido, pero toman la forma del recipiente que lo contiene. Se comprimen con facilidad; adoptan tanto la forma como el tamaño del recipiente que los contiene y, si se les deja en libertad de expandirse, lo hacen indefinidamente.
FLUIDOS NEWTONIANOS
En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.
Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas.
Es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. Los fluidos newtonianos son uno de los fluidos más sencillos de describir.
Ejemplos:
AGUA AIRE
Según su viscosidad:
FLUIDOS NO NEWTONIANOS
6
Es aquel fluido cuya viscosidad viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.
UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
SANGRE GRASAS METALES LIQUIDOS
