Propiedades Fisicas de Los Fluidos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA INGENIERIA MINAS

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“AÑO DE LA CONSOLIDACION DEL MAR DE GRAU”

FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MINAS

TEMA: PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS CURSO: MECANICA DE FLUIDOS DOCENTE: Dr. Ing. LUIS SAAVEDRA FRÍAS ALUMNO: BERECHE LISBOA ANGEL FERNANDO

CICLO:

IV

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INDICE 1.- Introducción 2.- Objetivos 3.- ¿Qué es un Fluido? 4.- Sistema de Unidades 5.- Propiedades de los Fluidos 5.1

PESO ESPECÍFICO

5.2

DENSIDAD

5.3

GRAVEDAD ESPECÍFICA

5.4

COMPRENSIBILIDAD

5.5

VISCODIDAD

5.6

VOLUMEN ESPECÍFICO

5.7

TENSIÓN SUPERFICIAL

5.8

DILATACIÓN TÉRMICA

5.9

PRESIÓN

5.10 ESTABILIDAD 5.11 TURBULENCIA 5.12 CAPILARIDAD 6.- CONCLUSIONES 7.- BIBLIOGRAFÍA

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1.INTRODUCCIÓN La Mecánica de Fluidos es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos cuando estos están en reposo o en movimiento, teniendo en cuenta el papel preponderante que tienen que ver las propiedades físicas de los fluidos. (APUNTES) Cualquier característica de un sistema se conoce como propiedad. Algunas propiedades conocidas son la presión P, la temperatura T, el volumen V y la masa m. La lista se puede extender hasta incluir unas menos conocidas como viscosidad, conductividad térmica, módulo de elasticidad, coeficiente de expansión térmica, resistividad eléctrica e, inclusive, la velocidad y la elevación. Se considera que las propiedades son intensivas o extensivas. Las propiedades intensivas son independientes de la masa de un sistema, como la temperatura, la presión y la densidad. Las propiedades extensivas son aquellas cuyos valores dependen del tamaño, o extensión, del sistema. La masa total, el volumen total V, y la cantidad total de movimiento son ejemplos de propiedades extensivas.

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2.Objetivos  CONOCER ALGUNAS DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS

QUE CARACTERIZAN UN FLUIDO LÍQUIDO Y EL EFECTO DE LA TEMPERATURA EN ÉSTAS. VISCOSIDAD, DENSIDAD Y GRAVEDAD ESPECÍFICA.

 POTENCIAR LAS HABILIDADES DE RECOPILACIÓN

DEINFORMACIÓN BIBLIOGRÁFICA Y EL ANÁLISIS DE LA MISMA.

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3.¿QUÉ ES UN FLUIDO?  Es aquella sustancia que tiene sus partículas o moléculas pocos coherentes y que son capaces de fluir que hasta cierto punto son comprensibles. (APUNTES)  Un fluido se define como una sustancia que cambia su forma continuamente siempre que esté sometida a un esfuerzo constante, sin importar que tan pequeño sea. (MECANICA DE FLUIDOS – IRVING SHAMES)  Un fluido es una sustancia que puede fluir. Una definición más formal es: “un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeño que sea dicho esfuerzo”. Así, un fluido es incapaz de resistir fuerzas o esfuerzos de cizalla sin desplazarse, mientras que un sólido sí puede hacerlo. (PRINCIPIOS BASICOS DE HIDRÁULICA)  Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le aplica un esfuerzo tangencial Ft por pequeño que sea

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4.SISTEMA DE UNIDADES

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5.PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Los estados de la materia pueden dividirse en sólidos y fluidos. Los sólidos tienden a comportarse rígidamente y a mantener su forma. Los fluidos no mantienen su forma sino que fluyen en la práctica (corren, manan, brotan, la fluidez es la poca resistencia a la deformación por deslizamiento). Entre los fluidos debemos incluir tanto los LÍQUIDOS, que bajo la acción de la gravedad fluyen hasta ocupar las regiones más bajas de los recipientes que los contienen, conservando su volumen (tienen entonces un volumen definido pero adoptan la forma del recipiente que los contiene), como los GASES que se expanden hasta llenar por completo el recipiente que los contiene, cualquiera sea su forma. Sólidos Materia Líquidos Fluidos Gases Los líquidos son poco compresibles (poca variación de volúmenes por acción de fuerzas o presiones exteriores) mientras que los gases son fácilmente compresibles.

A) PESO ESPECÍFICO Se llama peso específico de un cuerpo formado por una sustancia, a la relación del peso P del cuerpo sobre el volumen V del mismo.

El peso específico depende de la latitud del lugar ya que P  m . g y la aceleración de la gravedad g varía con la latitud. Las unidades peso específico en los distintos sistemas de unidades son: MKS CGS. Técnico Práctico N / m3

Dina/cm3

Kgr / m3

gr/cm3

Se suele usar el peso específico relativo que es el cociente entre el peso específico del cuerpo y el peso específico de una sustancia que se toma como elemento de referencia. Se suele usar como referencia el agua a 4ºC de temperatura. (los volúmenes considerados son iguales)

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D = peso específico relativo =

 o

=

P V P' V

=

P  D = P'

P P'

peso específico

relativo Así que el peso específico relativo se puede definir como el cociente entre el peso P del cuerpo y el peso P’ de igual volumen de agua a 4ºC de temperatura. El peso específico relativo es un número abstracto y no depende de la latitud del lugar.

B) DENSIDAD ES la masa contenida en una unidad de volumen de una sustancia (masa por unidad de volumen). Cuando se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo es:  

Masa de la sustancia volumen que ocupa

 

ó

m V

:

 Kg   3 . m 

Donde  : Densidad de la sustancia, kg/m3 m : Masa de la sustancia, kg V : Volumen de la sustancia, m3 La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión; al resolver cualquier problema debe considerarse la temperatura y la presión a la que se encuentra el fluido. La tabla muestra algunas densidades importantes: (kg/m3)

Sustancia Agua

1 000

Aluminio

2 700

Acero

7 800

Oro

1900

Plomo

11300

Mercurio

13 600

Aire (1 atm. 20°C)

1,20

Hielo

920

Oxígeno (0°C 1 atm.)

1,43

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 DENSIDAD ABSOLUTA La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es expresada en g/cm³. La densidad es una magnitud intensiva.

ρ = m/v

siendo ρ la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia.

 DENSIDAD 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

ρr = ρ/ρ0 donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad de la sustancia, y ρ0 es la densidad de referencia o absoluta La densidad del mercurio es 13580 Kgm/m3, por lo que su densidad relativa (ρR) es 13.58, lo cual significa que es una sustancia 13.58 veces más pesado que el agua cuya densidad es 1000 Kgm/m3

 DENSIDAD DE UN GAS La densidad varía bastante con la temperatura y con la presión, por lo que la densidad de cualquier gas para una temperatura T y una presión p

RELACIÓN ENTRE PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD Reemplazando en la definición de peso específico el peso por (m.g) queda:

=

p mg = =  g  V V

=

 g

Comparando la densidad relativa Dr y el peso específico relativo D, se obtiene Dr =

 m m /V = = = p/g = o m' / V m' p' / g

p =D p'

Entonces, la densidad relativa es igual al peso específico relativo. Como originalmente la unidad de masa (el gramo masa en el CGS) fue elegida para que fuera igual a la masa de 1 cm 3 de agua, la densidad en las unidades del sistema CGS, es 1g/cm3; convirtiendo estas unidades a Kg/m3 (MKS) tenemos: 3 3 agua = 1g  100cm   1Kg  100 Kg  1000000  1000 Kg cm3

m3

1000m3 kg/m3 = 103

1000 g

El valor de agua = 1000 4ºC)

1000

m3

kg/m3 es el valor máximo (que se obtiene a

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Como l litro = 103 cm3 y también 1m3 = 10003. cm3 = 106 cm3 = 103 . 103 cm3  1 litro = 1m3/103

La densidad de un litro resulta ser  1m 3   10 3 Kg  1m 3 1Kg    litro   3    m  litro   m 3  10 3 litro litro     La densidad del agua es de 1Kg masa por litro de agua.

Cuando la densidad de un objeto es mayor que la del agua, se hundirá en ella; cuando su densidad es menor, flotará. Eso es porque si la densidad  m  es v

mayor que la de igual volumen de agua significa que la masa m del cuerpo es mayor que la de igual volumen de agua y mayor masa significa mayor peso  p  m . g  y por lo tanto el peso del cuerpo superará al peso del agua que desplaza y, con la resultante hacia abajo, se hundirá Para los cuerpos que se hunden en el agua, la densidad específica varía entre 1 y 22,5 aproximadamente (corresponde al elemento más denso, el Osmio). Cuando los sólidos y los líquidos se ven sometidos a un incremento de la presión exterior, se contraen ligeramente y, cuando están sometidos a un incremento de la temperatura, se dilatan en alguna medida, siempre pequeña, por lo que se puede decir que su densidad es prácticamente independiente de la presión y de la temperatura (en la mayoría de los casos). En cambio, la densidad de los gases depende fuertemente de la presión y de la temperatura. Por lo tanto, hay que especificar ambas cuando se dan valores de densidades de gases. Las densidades de los gases son muchos menores que la delos líquidos; así por ejemplo; la densidad del agua es 800 veces mayor que la del aire en condiciones normales.

C) GRAVEDAD ESPECÍFICA Es la relación de la densidad de una sustancia con respecto a la densidad del agua a 4º C . ó la relación del peso específico de una sustancia con respecto al peso específico del agua a 4ºC. NOTA: En otras publicaciones o libros se le llama densidad relativa y se toma como referencia la densidad del agua a 15ºC

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D) COMPRENSIBLIDAD En la mayoría de los casos, un líquido se podría considerar incompresible, pero cuando la presión cambia bruscamente, la compresibilidad se hace evidente e importante. Lo mismo ocurre si hay cambios importantes de temperatura. La compresibilidad se expresa mediante el módulo elástico de compresión

E) VISCOCIDAD Es una medida de la resistencia del fluido al corte cuando el fluido está en movimiento. Se le puede ver como una constante de proporcionalidad entre el esfuerzo de corte y el gradiente de velocidad. Sus unidades en el SI son: kg s/ m3

Al hecho de que el esfuerzo de cizallamiento en el fluido es directamente proporcional al gradiente de velocidad, se puede establecer matemáticamente que: ‫ = ּז‬μ (v / y) siendo la constante de proporcionalidad la letra griega μ y llamada viscosidad dinámica Unidades de la viscosidad dinámica: En sistema métrico: Pa. seg o kg/ m.seg En sistema inglés: lb. Seg / pies2 o slug / pies. Seg

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 VISCOCIDAD CINEMÁTICA En los cálculos de Mecánica de los Fluidos se relaciona la viscosidad dinámica con la densidad del fluido. A esta relación se le llama Viscosidad Cinemática y se denota con la letra griega Nu Ʋ Ʋ=μ/ρ Unidades: En sistema métrico m 2 / seg (área por Segundo) En sistema ingles pies2 / seg (área por Segundo)

F) VOLUMEN ESPECÍFICO Se denomina volumen específico al volumen ocupado por la unidad de masa. Para un fluido homogéneo se define como v = V /m = 1/ρ, mientras que en el caso general de un fluido inhomogéneo tendremos que hablar de su valor en un punto Sus unidades en el sistema internacional son [m3 /kg]

G)TENSIÓN SUPERFICIAL Se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película elástica. Este efecto permite a algunos insectos, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse

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H) DILATACIÓN TÉRMICA Se caracteriza por el coeficiente de dilatación de volumen, que representa el aumento relativo del volumen producido por un aumento de la temperatura, y está definida como Dónde: V es el volumen inicial del líquido. Sus unidades son de inversa de grados [K−1] o [◦C −1] y depende de la forma en que realiza el proceso

I) PRESIÓN La presión es una magnitud escalar (sólo hace falta un número para representarla) que se usa para medir la fuerza que se ejerce sobre una superficie en dirección perpendicular. La unidad que se utiliza para medir la presión es el Pascal (Pa). Esta es una magnitud derivada, es decir que un Pa equivale a un Newton partido por metro cuadrado Al ser el Pascal una unidad demasiado pequeña para fines prácticos, se decidió adoptar una unidad 105 veces mayor, el bar. El bar es otra unidad que se utiliza para medir la presión, cuya equivalencia con el Pascal es de: 1 bar = 100 000 Pascales Otra unidad también utilizada para medir la presión (fundamentalmente en hidráulica) es el metro de columna de agua (m.c.a.), y que equivale a la presión ejercida por una columna de agua pura de un metro de longitud.

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Tenemos que la presión es una fuerza que se ejerce sobre un área. P= F / A Dos importantes principios de la presión son los siguientes:  La presión actúa uniformemente en todas direcciones sobre un volumen pequeño de fluido.  En un fluido confinado por fronteras sólidas, la presión actuará perpendicularmente sobre esas fronteras. Unidades: En sistema métrico: Pascal, Kilopascal (KPa) y Kg / cm2 En sistema inglés: libras / pulgadas2 = psi

 PRESION ATMOSFÉRICA Es el valor de presión de referencia que se toma. Esta presión atmosférica varía con la altura que se esté analizando con respecto al nivel del mar. Al nivel del mar se tomará como 101 Kilopascal ó 14.7 psi Se denota como Patm

 PRESIÓN ABSOLUTA Es aquella presión medida con relación a un perfecto vacío, ó también se puede afirmar que es la suma de la presión manométrica y de la presión atmosférica

Pabs = Pmanométrica + Patmosférica Unidades: PSIa Se denota como Pa

 PRESIÓN MANOMÉTRICA Es aquella que se mide en un manómetro, y que siempre que esté por encima de la presión atmosférica será positiva, y la presión por debajo de la presión atmosférica será vacío. Unidades: Psig Se denota como Pg

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J) 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.



Una situación es estable si se mantiene en estado estacionario, es decir, igual en el tiempo y una modificación razonablemente pequeña de las condiciones iniciales no altera significativamente el futuro de la situación. Dependiendo del área en particular, estabilidad tiene significados ligeramente diferentes.

K) 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.

L) 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

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6) CONCLUSIONES  La densidad no depende de la forma del objeto  Se enlazaron los conceptos teóricos aprendidos con anterioridad, a los conceptos que se necesitaron en la práctica, teniendo así, una mayor precisión en la recopilación de datos, y una adecuada comprensión de los mismo  Los fluidos son sustancias que adoptan la forma que uno mismo le da, entre sus moléculas existe provoca fuerza de atracción. Posee una gran variedad de propiedades que poseen estos fluidos tales como la densidad, viscosidad, tensión, presión, etc.  Un fluido es una sustancia que escurre o se deforma continuamente, cuando está sometido a un esfuerzo de corte tangencial en reposo solo soporta esfuerzos normales.

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7) BIBLIOGRAFÍA  Apuntes de mecánica de fluidos – Agustín M. Domingo  Mecánica de Fluidos – Irving H. Shames  Mecánica de Fluidos, fundamentos y aplicacionesÇengel, Y.A., y Cimbala  Propiedades básicas de los fluidos - [material de apoyo] /practica no. 1  Fundamentos de Mecánica de Fluidos – Inmaculada P. Calvo  Apuntes de cuaderno

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