UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA CENTRO UNIVERSITARIO DE LA COSTA SUR FLUIDOS Y ELASTICIDAD CARLOS PADILLA MEZA
PRESION La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de F de manera uniforme, la presión P viene P viene dada por:
En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:
Donde es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión.
Presión absoluta y relativa En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el manómetro).
DENSIDAD La densidad o densidad absoluta es absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro 3 3 cúbico (kg/m ), aunque frecuentemente se expresa en g/cm . La densidad es una magnitud intensiva
donde ρ es la densidad, m es m es la masa y V es V es el volumen del determinado cuerpo. DESIDAD RELATIVA La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)
donde ρ es la densidad relativa, r
ρ
es la densidad de la sustancia, y
ρ0
es la densidad de referencia
o absoluta. Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada 3 es de 1000 kg /m , es decir, 1 kg /L.
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Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C. UNIDADES DE DENCIDAD
kilogramo por metro cúbico (kg/m³).
gramo por centímetro cúbico (g/cm³).
kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico . El agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L (1000 g /dm³ = 1 g /cm³ = 1 g /mL). gramo por mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm³). Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³) o gramo por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales:
Unidades usadas en el Sistema Anglosajón de Unidades: 3
onza por pulgada cúbica (oz/in )
libra por pulgada cúbica (lb/in )
libra por pie cúbico (lb/ft )
libra por yarda cúbica (lb/yd )
libra por galón (lb/gal)
libra por bushel americano (lb/bu)
slug por pie cúbico.
3
3
3
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Se define la DENSIDAD de un cuerpo, también llamada densidad absoluta, en este caso de un fluido, denotado por la letra griega ρ, como la cantidad de masa que hay en una unidad de volumen, entonces:
ρ = m/V en Kg/m3 La densidad del agua es la densidad clave para definir la densidad relativa de un fluido, ya que expresa la relación que existe entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua, resultando en una magnitud adimensional:
ρrel = ρabs / ρH2O
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La PRESION que se ejerce sobre un fluido de área A, que se denota por P, se define como la razón entre la fuerza ejercida y el área sobre el cuál actúa, es decir:
P = F/A en N/m2 VOLUMEN ESPECÍFICO (Vs) es el inverso de la densidad y se define como el volumen ocupado por la unidad de masa del fluido: →
Vs = 1/ρ sus unidades en el S.I. son m3/kg PESO ESPECÍFICO (g) sustancia.
→
es la cantidad de peso por unidad de volumen de una
Utilizando la letra griega específico
(gamma) para denotar el peso
γ = ω/V En donde V es el volumen de una sustancia que tiene el peso ω. Las unidades del
peso especifico, son los newtons por metro cúbico (N/m3) en el SI y libras por pie cúbico (lb/pie3) en el Sistema Británico de Unidades. La VISCOSIDAD es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. Tipos de viscosidad:
Viscosidad absoluta o dinámica: h
-Unidades en el S.I.: N s/m2 -Unidades en el cgs: dina s/cm2 (poise)
Viscosidad cinemática: es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de masa del fluido
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ν = n/ρ -Unidades en el S.I.: m2/s -Unidades en el cgs: cm2/s (stoke) PRESIÓN DE VAPOR Los líquidos se evaporan debido a que las moléculas se escapan de su superficie. Las moléculas de vapor ejercen una presión parcial en el espacio que las rodea conocida como “presión de vapor”.
Si el espacio encima de la superficie del líquido es limitado, como cuando se tiene una botella de agua medio llena, después de un cierto tiempo la cantidad de moléculas que salen del líquido es la misma que el número de moléculas que golpean la superficie y se condensan, llegando al equilibrio. Como ésto depende de la actividad molecular y ésta es función de la temperatura, la presión de vapor de un fluido dependerá de la misma y aumentará con ella. Cuando la presión por encima de un líquido es igual a la presión de vapor del líquido, se produce la ebullición a temperaturas bajas. Este fenómeno se denomina “cavitación”, la cual consiste en la formación de una cavidad de vapor en rápida expansión que es barrida lejos de su punto de origen y penetra regiones donde la presión es superior a la presión de la cavidad, produciendo su implosión. Este fenómeno afecta a las bombas hidráulicas y a las turbinas.
