Física y propiedades de los materiales

Fluidos- Flujos comprensibles

Definiciones

Fluidos: Se llaman fluidos al conjunto desustancias donde existe entre sus moléculaspoca fuerza de atracción, cambiando suforma, lo que ocasiona que la posición quetoman sus moléculas varía, ante una fuerzaaplicada sobre ellos, pues justamente fluyen.

Los fluidos están conformados por los líquidosy los gases, siendo los segundos mucho menosviscosos (casi fluidos ideales).

Aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez. Los líquidos y los gases son fluidos.

Fluidos comprensibles

Los fluidos son compresibles pues su volumense reduce al ser comprimidos o presionados.Sin embargo son fluidos no compresibles losque soportan la fuerza de compresión delmismo modo que los cuerpos sólidos. Loslíquidos sufren escasa deformación a lacompresión, mientras que los gases sonfluidos compresibles, estudiados por latermodinámica.

Efecto de las fuerzas sobre los fluidos

Los gases son fluidos muy compresibles

Gas

Gas

Los líquidos son fluidos poco compresibles

Líquido

Líquido

• Se denominan fluidos los cuerpos que pueden fluir; carecen de forma y necesitanrecipientes para contenerlos. Los líquidos y los gases son fluidos

• Cuando se aplica una fuerza sobre un fluido, éste disminuye de volumen. A estapropiedad se denomina compresibilidad

presión

mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.

Densidad de un fluido

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

Ejemplos a 20 °C

Sustancia Densidad (g/cm3) Sustancia Densidad (g/cm3)

Aceite 0.8-0.9 Bromo 3.12

Acido sulfúrico 1.83 Gasolina 0.68-0.72

Agua 1.0 Glicerina 1.26

Agua de mar 1.01-1.03 Mercurio 13.55

Alcohol etílico 0.79 Tolueno 0.866

Compresibilidad

La compresibilidad de un flujo es básicamente una medida en el cambio de la densidad.

Propiedades primarias termodinámicas:

• Presión

• Densidad

• Temperatura

• Energía interna

• Entalpía

• Entropía

• Calores específicos

• Viscosidad

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).

Densidad

la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa

temperaturaSe define como una magnitud escalarrelacionada con la energía interna de unsistema termodinámico.

Está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía cinética", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.

Energía interna

la energía interna (U) de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala microscópica. Más concretamente, es la suma de:

• la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y de

• la energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades

Entalpía

Es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.

Entropía

la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.

δQ es la cantidad de calor absorbida en el proceso en cuestión y T es la temperatura absoluta

Viscosidad

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. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.

• La viscosidad de un fluido puede medirse por un parámetro dependiente de la temperatura llamado coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad:

• Coeficiente de viscosidad dinámico, designado como η o μ. En unidades en el SI: [µ] = [Pa·s] = [kg·m-1·s-1] ; otras unidades:

• 1 poise = 1 [P] = 10-1 [Pa·s] = [10-1 kg·s-1·m-

1]Coeficiente de viscosidad cinemático, designado como ν, y que resulta ser igual al cociente entre el coeficiente de viscosidad dinámica y la densidad del fluido. ν = μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el stokes (St).

Calor específico

El calor específico es una magnitud física quese define como la cantidad de calor que hayque suministrar a la unidad de masa de unasustancia o sistema termodinámico paraelevar su temperatura en una unidad (kelvin ogrado Celsius). En general, el valor del calorespecífico depende de dicha temperaturainicial. Se le representa con la letra c(minúscula).

Propiedades secundarias

• Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.

• Viscosidad

• Conductividad térmica

• Tensión superficial

• Compresión

Conductividad térmica

• Se refiere a la capacidad de un material para transmitir el calor.

• El coeficiente de conductividad térmica (λ) caracteriza la cantidad de calor necesario por m2, para que atravesando durante la unidad de tiempo, 1m de material homogéneo obtenga una diferencia de 1ºC de temperatura entre las dos caras.

• La conductividad térmica se expresa en unidades de W/m·K (J/s· m· ºC).

Tensión superficial

En física se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película elástica.

La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad

Fuerzas de Cohesión: Son Fuerzas de atracción intermolecular entre moléculas semejantes.

Fuerzas de Adhesión: Es una atracción intermolecular entre moléculas distintas.

capilaridad

La capilaridad es una propiedad de los líquidosque depende de su tensión superficial (la cual,a su vez, depende de la cohesión o fuerzaintermolecular del líquido), que le confiere lacapacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

Fuentes de consulta

Http://deconceptos.com/ciencias-naturales/fluidos

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.htm

Mecánica de fluidos e hidráulica, serie Schaum, Ed. McGraw Hill

Tippens Paul E., Física conceptos y aplicaciones, Ed. McGraw Hill