1-Los Fluidos y Sus Propiedades[1]

8/18/2019 1-Los Fluidos y Sus Propiedades[1]

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MECANICA DE FLUIDOS – FLUIDOS Y SUS PROPIEDADES

Parte de la Física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingenieríaque utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil eindustrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.

La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de fluidos en reposo,y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en movimiento. l t!rmino de hidrodinámica se aplica al flu"o de líquidos o al flu"o de los gases a ba"a velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinamicazo dinámica de gases, se ocupa delcomportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectosde compresibilidad.

ntre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a c#orro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidráulica estudiala utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.

Concepto y clasificación de la Mecánica de los Fluidos:

Es la parte de la mecánica que estudia el comportamiento de los fluidos en equilibrio (Hidrostática) y en movimiento (Hidrodinámica). Esta es

una ciencia básica de la Ingeniería la cual tomó sus principios de las eyes de !e"ton y estudia la estática# la cinemática y la dinámica de los fluidos.

Concepto de Fluido:

Es aquella sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene# y

al ser sometido a un esfuer$o cortante se deforma continuamente sin importar la magnitud de este.

Clasificación de los fluidos:

%e clasifican en&

' íquidos& que a una presión y temperatura determinada ocupan un volumen determinado y adoptan la forma del recipiente llenando sólo el

volumen que ocupan.

' ases& que a una presión y temperatura tienen tambin un determinado volumen# pero puestos en libertad se e*pansionan hasta ocupar el

volumen completo del recipiente.


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Fluidos ideales:a$ no responden a tensiones tangenciales.

b$ %on continuos.

La propiedad a$ implica que sólo e&istenFuerzas normales entre dos parcelas de

fluido.

La #ipótesis de continuidad del fluido permite #ablar de densidad como función de punto.

'ncertidumbreρ microscópica

'ncertidumbremacroscópica

δ m ρ =

lim δv ρ(

ρ(δ v→δ v) δ v

δv) δv

SISTEMA DE UNIDADES

n ingeniería es necesario cuantificar los fenómenos que ocurren y para ello se requiere e&presar las cantidades en unidades convencionales.Los sistemas de unidades utilizados están basados en ciertas dimensiones básicas, o primarias, apartar de las cuales es posible definir cualquierotra utilizando para ello leyes físicas, dimensionalmente #omog!neas que las relacionan. Las dimensiones básicas más usadas son: longitud,tiempo, masa y temperatura. La forma en que se seleccionan las dimensiones básicas apartar de las se pueden definir las restantes, y lasunidades que se les asignan, da origen a diferentes sistemas de unidades. *esde +-+ se #a intentado universalizar el uso del denominado%istema 'nternacional de nidades, %' el cual corresponde ala e&tensión y el me"oramiento del tradicional sistema /0%.

http://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml


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/agnitudes *efinición *imensiones/1%1

23% %' o /0%

F451

/6gf% 'ngles

Longitud

7iempo

/asa

Fuerza

8

8

8

F 9 ma

L7/

/L7

+cm +m

+ seg +seg

+g +6g

+ dina9+(8; +;

+ m + ft

+ seg + sec

+ utm + slug

+6gf9,


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l %istema /!trico se basa en la unidad Kel metroK con mIltiplos y submIltiplos decimales. *el metro se deriva el metro cuadrado, el metrocIbico, y el 6ilogramo que era la masa de un decímetro cIbico de agua.

n aquella !poca la astronomía y la geodesia eran ciencias que #abían adquirido un notable desarrollo. %e #abían realizado mediciones de lalongitud del arco del meridiano terrestre en varios lugares de la 7ierra. Finalmente, la definición de metro fue elegida como la diezmillon!sima parte de la longitud de un cuarto del meridiano terrestre. %abiendo que el radio de la 7ierra es .-M+( m

?NM.-M+(BE=M+(M+($9+.((( m

2omo la longitud del meridiano no era práctica para el uso diario. %e fabricó una barra de platino, que representaba la nueva unidad de medida,y se puso ba"o la custodia de los 1rc#ives de France, "unto a la unidad representativa del 6ilogramo, tambi!n fabricado en platino. 2opias dedel metro y del 6ilogramo se distribuyeron por muc#os países que adoptaron el %istema /!trico.

La definición de metro en t!rminos de una pieza Inica de metal no era satisfactoria, ya que su estabilidad no podía garantizase a lo largo de losaJos, por muc#o cuidado que se tuviese en su conservación.

1 finales del siglo O'O se produ"o un notable avance en la identificación de las líneas espectrales de los átomos. 1. 1. /ic#elson utilizó sufamoso interferómetro para comparar la longitud de onda de la línea ro"a del cadmio con el metro. sta línea se usó para definir la unidaddenominada ángstrom.

n +(, la O' 2onf!rence 3!n!rale des Poids et /esures abolió la antigua definición de metro y la reemplazó por la siguiente:

l metro es la longitud igual a + ( -.- longitudes de onda en el vacío de la radiación correspondiente a la transición entre los niveles ?p+(y ?d del átomo de 6riptón


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La nueva definición de metro en vez de estar basada en un Inico ob"eto Ela barra de platino$ o en una Inica fuente de luz, está abierta acualquier otra radiación cuya frecuencia sea conocida con suficiente e&actitud.

La velocidad de la luz queda convencionalmente fi"ada y e&actamente igual a ? -? =< mBs debida a la definición convencional del t!rminom Eel metro$ en su e&presión.

Qtra cuestión que suscita la nueva definición de metro, es la siguiente: Rno sería más lógico definir +B? -? =< veces la velocidad de la luzcomo unidad básica de la velocidad y considerar el metro como unidad derivadaS. %in embargo, la elección de las magnitudes básicas es una

cuestión de conveniencia y de simplicidad en la definición de las magnitudes derivadas.

nidad de lonitud: metro Em$ l metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de +B? -? =< desegundo.

nidad de masa l !iloramo E6g$ es igual a la masa del prototipo internacional del 6ilogramo

nidad de tiem"o l seundo Es$ es la duración de +? + --( periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles#iperfinos del estado fundamental del átomo de cesio +.

nidad de intensidad de #orriente el$#tri#a l am"ere E1$ es la intensidad de una corriente constante que manteni!ndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a ?M+(8- neTton por metro de longitud.

nidad de tem"eratura termodin%mi#a l !el&in E0$, unidad de temperatura termodinámica, es la fracción +B?-,+ de la temperaturatermodinámica del punto triple del agua.

Qbservación: 1demás de la temperatura termodinámica Esímbolo 7$ e&presada en 6elvins, se utiliza tambi!n la temperatura 2elsius Esímbolo t$definida por la ecuación t , ' / donde / 9 ?-,+ 0 por definición.

nidad de #antidad de sustan#ia l mol Emol$ es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como

átomos #ay en (,(+? 6ilogramos de carbono +?.

2uando se emplee el mol, deben especificarse las unidades elementales, que pueden ser átomos, mol!culas, iones, electrones u otras partículaso grupos especificados de tales partículas.

nidad de intensidad luminosa La #andela Ecd$ es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiaciónmonocromática de frecuencia =(M+(+? #ertz y cuya intensidad energ!tica en dic#a dirección es +B


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Unidades básicas.

Manitud Nom're S(m'olo

Longitud metro m

/asa 6ilogramo6g

7iempo segundos

'ntensidad de corriente el!ctrica ampere1

7emperatura termodinámica 6elvin 0

2antidad de sustancia molmol

'ntensidad luminosa candelacd

nidad de lonitud: metro Em$ l metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de +B? -?=< de segundo.

nidad de masa l !iloramo E6g$ es igual a la masa del prototipo internacional del 6ilogramo


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nidad de tiem"o l seundo Es$ es la duración de +? + --( periodos de la radiación correspondiente a latransición entre los dos niveles #iperfinos del estado fundamental del átomo de cesio +.

nidad de intensidad de #orrienteel$#tri#a

l am"ere E1$ es la intensidad de una corriente constante que manteni!ndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a unadistancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a ?M+(8- neTton pormetro de longitud.

nidad de tem"eratura termodin%mi#a l !el&in E0$, unidad de temperatura termodinámica, es la fracción +B?-,+ de la temperatura

termodinámica del punto triple del agua.

Qbservación: 1demás de la temperatura termodinámica Esímbolo 7$ e&presada en 6elvins, seutiliza tambi!n la temperatura 2elsius Esímbolo t$ definida por la ecuación t , ' / donde / 9?-,+ 0 por definición.

nidad de #antidad de sustan#ia l mol Emol$ es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementalescomo átomos #ay en (,(+? 6ilogramos de carbono +?.

2uando se emplee el mol, deben especificarse las unidades elementales, que pueden ser átomos,mol!culas, iones, electrones u otras partículas o grupos especificados de tales partículas.

nidad de intensidad luminosa La #andela Ecd$ es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una

radiación monocromática de frecuencia =(M+(+? #ertz y cuya intensidad energ!tica en dic#adirección es +B


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nidad de %nulo "lano l radi%n Erad$ es el ángulo plano comprendido entre dos radios de un círculo que, sobre lacircunferencia de dic#o círculo, interceptan un arco de longitud igual a la del radio.

nidad de %nulo s*lido l estereorradi%n Esr$ es el ángulo sólido que, teniendo su v!rtice en el centro de una esfera,

intercepta sobre la superficie de dic#a esfera un área igual a la de un cuadrado que tenga por

lado el radio de la esfera.

Unidades SI derivadas

Las unidades %' derivadas se definen de forma que sean co#erentes con las unidades básicas y suplementarias, es decir, se definen pore&presiones algebraicas ba"o la forma de productos de potencias de las unidades %' básicas yBo suplementarias con un factor num!rico igual +.

Aarias de estas unidades %' derivadas se e&presan simplemente a partir de las unidades %' básicas y suplementarias. Qtras #an recibido un

nombre especial y un símbolo particular.

%i una unidad %' derivada puede e&presarse de varias formas equivalentes utilizando, bien nombres de unidades básicas y suplementarias, o bien nombres especiales de otras unidades %' derivadas, se admite el empleo preferencial de ciertas combinaciones o de ciertos nombresespeciales, con el fin de facilitar la distinción entre magnitudes que tengan las mismas dimensiones. Por e"emplo, el #ertz se emplea para lafrecuencia, con preferencia al segundo a la potencia menos uno, y para el momento de fuerza, se prefiere el neTton metro al "oule.

Unidades SI derivadas expresadas a partir de unidades básicas y suplementarias.

Manitud Nom're S(m'olo

%uperficie metro cuadrado m?

Aolumen metro cIbico m

Aelocidad metro por segundo mBs

1celeración metro por segundo cuadrado mBs?

;Imero de ondas metro a la potencia menos uno m8+


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/asa en volumen 6ilogramo por metro cIbico 6gBm

Aelocidad angular radián por segundo radBs

1celeración angular radián por segundo cuadrado radBs?

nidad de &elo#idad n metro "or seundo EmBs o mMs8+$ es la velocidad de un cuerpo que, con movimientouniforme, recorre, una longitud de un metro en + segundo

nidad de a#elera#i*n n metro "or seundo #uadrado EmBs? o mMs8?$ es la aceleración de un cuerpo, animado de

movimiento uniformemente variado, cuya velocidad varía cada segundo, + mBs.

nidad de n+mero de ondas n metro a la "oten#ia menos uno Em8+$ es el nImero de ondas de una radiación

monocromática cuya longitud de onda es igual a + metro.

nidad de &elo#idad anular n radi%n "or seundo EradBs o radMs8+$ es la velocidad de un cuerpo que, con una rotación

uniforme alrededor de un e"e fi"o, gira en + segundo, + radián.

nidad de a#elera#i*n anular n radi%n "or seundo #uadrado EradBs? o radMs8?$ es la aceleración angular de un cuerpo

animado de una rotación uniformemente variada alrededor de un e"e fi"o, cuya velocidad angular,varía + radián por segundo, en + segundo.

Unidades SI derivadas con nombres y símbolos especiales.

Manitud Nom're S(m'olo E)"resi*n enotras unidades

SI

E)"resi*n en unidadesSI '%si#as

Frecuencia #ertz Vz s8+

Fuerza neTton ; mM6gMs8?


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Presión pascal Pa ;Mm8? m8+M6gMs8?

nergía, traba"o,cantidad de calor

"oule @ ;Mm m?M6gMs8?

Potencia Tatt > @Ms8+ m?M6gMs8

2antidad de electricidadcarga el!ctrica

coulomb 2 sM1

Potencial el!ctricofuerza electromotriz

volt A >M18+ m?M6gMs8M18+

4esistencia e l!ctrica o#m Ω AM18+ m?M6gMs8M18?

2apacidad el!ctrica farad F 2MA8+ m8?M6g8+Ms=M1?

Flu"o magn!tico Teber >b AMs m?M6gMs8?M18+

'nducción magn!tica tesla 7 >bMm8? 6gMs8?M18+

'nductancia #enry V >bM18+

m?

M6g s8?

M18?

nidad de ,re#uen#ia n -ert. EVz$ es la frecuencia de un fenómeno periódico cuyo periodo es + segundo.

nidad de ,uer.a n ne/ton E;$ es la fuerza que, aplicada a un cuerpo que tiene una masa de + 6ilogramo, le

comunica una aceleración de + metro por segundo cuadrado.

nidad de "resi*n n "as#al EPa$ es la presión uniforme que, actuando sobre una superficie plana de + metrocuadrado, e"erce perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de + neTton.

nidad de ener(a0 tra'a1o0 #antidad de#alor

n 1oule E@$ es el traba"o producido por una fuerza de + neTton, cuyo punto de aplicación sedesplaza + metro en la dirección de la fuerza.

nidad de "oten#ia0 ,lu1o radiante n /att E>$ es la potencia que da lugar a una producción de energía igual a + "oule por segundo.


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nidad de cantidad de electricidad, #arael$#tri#a

n #oulom' E2$ es la cantidad de electricidad transportada en + segundo por una corriente deintensidad + ampere.

nidad de "oten#ial el$#tri#o0 ,uer.aele#tromotri.

n &olt EA$ es la diferencia de potencial el!ctrico que e&iste entre dos puntos de un #iloconductor que transporta una corriente de intensidad constante de + ampere cuando la potenciadisipada entre estos puntos es igual a + Tatt.

nidad de resisten#ia el$#tri#a n o-m EΩ$ es la resistencia el!ctrica que e&iste entre dos puntos de un conductor cuando una

diferencia de potencial constante de + volt aplicada entre estos dos puntos produce, en dic#oconductor, una corriente de intensidad + ampere, cuando no #aya fuerza electromotriz en elconductor.

nidad de #a"a#idad el$#tri#a n ,arad EF$ es la capacidad de un condensador el!ctrico que entre sus armaduras aparece una

diferencia de potencial el!ctrico de + volt, cuando está cargado con una cantidad de electricidadigual a + coulomb.

nidad de ,lu1o man$ti#o n /e'er E>b$ es el flu"o magn!tico que, al atravesar un circuito de una sola espira produce en

la misma una fuerza electromotriz de + volt si se anula dic#o flu"o en un segundo pordecaimiento uniforme.

nidad de indu##i*n man$ti#a na tesla E7$ es la inducción magn!tica uniforme que, repartida normalmente sobre una

superficie de + metro cuadrado, produce a trav!s de esta superficie un flu"o magn!tico total de +Teber.

nidad de indu#tan#ia n -enr2 EV$ es la inductancia el!ctrica de un circuito cerrado en el que se produce una fuerza

electromotriz de + volt, cuando la corriente el!ctrica que recorre el circuito varía uniformementea razón de un ampere por segundo.


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Unidades SI derivadas expresadas a partir de las que tienen nombres especiales

Manitud Nom're S(m'olo E)"resi*n en

unidades SI

'%si#as

Aiscosidad dinámica pascal segundo PaMs m8+M6gMs8+

ntropía "oule por 6elvin @B0 m?M6gMs8?M0 8+

2apacidad t!rmica másica "oule por 6ilogramo6elvin

@BE6gM0$ m?Ms8?M0 8+

2onductividad t!rmica Tatt por metro 6elvin >BEmM0$ mM6gMs8M0 8+

'ntensidad del campoel!ctrico

volt por metro ABm mM6gMs8M18+

nidad de &is#osidad din%mi#a n "as#al seundo EPaMs$ es la viscosidad dinámica de un fluido #omog!neo, en elcual, el movimiento rectilíneo y uniforme de una superficie plana de + metro cuadrado,da lugar a una fuerza retardatriz de + neTton, cuando #ay una diferencia de velocidad de+ metro por segundo entre dos planos paralelos separados por + metro de distancia.

nidad de entro"(a n 1oule "or !el&in E@B0$ es el aumento de entropía de un sistema que recibe una

cantidad de calor de + "oule, a la temperatura termodinámica constante de + 6elvin,siempre que en el sistema no tenga lugar ninguna transformación irreversible.

nidad de #a"a#idad t$rmi#a m%si#a n 1oule "or !iloramo !el&in E@BE6gM0$ es la capacidad t!rmica másica de un cuerpo#omog!neo de una masa de + 6ilogramo, en el que el aporte de una cantidad de calor deun "oule, produce una elevación de temperatura termodinámica de + 6elvin.

nidad de #ondu#ti&idad t$rmi#a n /att "or metro !el&in >BEmM0$ es la conductividad t!rmica de un cuerpo

#omog!neo isótropo, en la que una diferencia de temperatura de + 6elvin entre dos planos paralelos, de área + metro cuadrado y distantes + metro, produce entre estos planos un flu"o t!rmico de + Tatt.


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nidad de intensidad del #am"o el$#tri#o n &olt "or metro EABm$ es la intensidad de un campo el!ctrico, que e"erce una fuerza

de + neTton sobre un cuerpo cargado con una cantidad de electricidad de + coulomb.

Nombres y símbolos especiales de múltiplos y submúltiplos decimales de unidades SI autorizados

Manitud Nom're S(m'olo Rela#i*n

Aolumen litro l o L + dm9+(8 m

/asa tonelada t +( 6g

Presión y tensión bar bar +( Pa

Unidades definidas a partir de las unidades SI, pero que no son múltiplos o submúltiplos decimales de dicasunidades.

Manitud Nom're S(m'olo Rela#i*n

Ungulo plano vuelta + vuelta9 ? π rad

grado W EπB+


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Unidades en uso con el Sistema Internacional cuyo valor en unidades SI se a obtenido experimentalmente.

Manitud Nom're S(m'olo 3alor en unidades SI

/asa unidad de masa atómica u +,(=(? +(8?- 6g

nergía electronvolt eA +,(?+-- +(8+ @

Múltiplos y submúltiplos decimales

Fa#tor Pre,i1o S(m'olo Fa#tor Pre,i1o S(m'olo

+(?= yotta Y +(8+ deci d

+(?+ zeta 5 +(8? centi c

+(+< e&a +(8 mili m

+(+ peta P +(8 micro Z

+(+? tera 7 +(8 nano n

+( giga 3 +(8+? pico p

+( mega / +(8+ femto f

+( 6ilo 6 +(8+< atto a

+(? #ecto # +(8?+ zepto z

+(+ deca da +(8?= yocto y

Escritura de los símbolos

Los símbolos de las nidades %', con raras e&cepciones como el caso del o#m E[$, se e&presan en caracteres romanos, en general, conminIsculas\ sin embargo, si dic#os símbolos corresponden a unidades derivadas de nombres propios, su letra inicial es mayIscula. "emplo, 1de ampere, @ de "oule.

Los símbolos no van seguidos de punto, ni toman la s para el plural. Por e"emplo, se escribe 6g, no 6gs


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2uando el símbolo de un mIltiplo o de un submIltiplo de una unidad lleva e&ponente, !sta afecta no solamente a la parte del símbolo quedesigna la unidad, sino al con"unto del símbolo. Por e"emplo, 6m? significa E6m$?, área de un cuadrado que tiene un 6m de lado, o sea +( metros cuadrados y nunca 6Em?$, lo que correspondería a +((( metros cuadrados.

l símbolo de la unidad sigue al símbolo del prefi"o, sin espacio. Por e"emplo, cm, mm, etc.

l producto de los símbolos de de dos o más unidades se indica con preferencia por medio de un punto, como símbolo de multiplicación. Pore"emplo, neTton8metro se puede escribir ;Mm ;m, nunca m;, que significa milineTton.

2uando una unidad derivada sea el cociente de otras dos, se puede utilizar la barra oblicua EB$, la barra #orizontal o bien potencias negativas, para evitar el denominador.

;o se debe introducir en una misma línea más de una barra oblicua, a menos que se aJadan par!ntesis, a fin de evitar toda ambig]edad. n loscasos comple"os pueden utilizarse par!ntesis o potencias negativas.

mBs

?

o bien mMs

8?

pero no mBsBs. EPaMs$BE6gBm

$ pero no PaMsB6gBm

Los nombres de las unidades debidos a nombres propios de científicos eminentes deben de escribirse con id!ntica ortografía que el nombre de!stos, pero con minIscula inicial. ;o obstante, serán igualmente aceptables sus denominaciones castellanizadas de uso #abitual, siempre queest!n reconocidas por la 4eal 1cademia de la Lengua. Por e"emplo, amperio, voltio, faradio, culombio, "ulio, o#mio, voltio, Tatio, Teberio.

Los nombres de las unidades toman una s en el plural Ee"emplo +( neTtons$ e&cepto las que terminan en s, & ó z.

n los nImeros, la coma se utiliza solamente para separar la parte entera de la decimal. Para facilitar la lectura, los nImeros pueden estardivididos en grupos de tres cifras Ea partir de la coma, si #ay alguna$ estos grupos no se separan por puntos ni comas. Las separación en gruposno se utiliza para los nImeros de cuatro cifras que designan un aJo.

!"#!I$%&%$S %$ '#S ('UI%#S )$"*#%IN + *I#S

Las propiedades podían clasificarse en intensivas o extensivas; además, las propiedades se definieron únicamente para un sistema enequilibrio termodinámico. El estudio de un gran número de sustancias y su comportamiento en diferentes procesos revela que a mayor número de sustancias presentes en un sistema, con más formas de intercambio de energía entre el sistema y sus alrededores, máspropiedades se requerirán para describir el equilibrio en estado estable de un sistema. El estudio se limitará a sustancias puras, simples y compresibles.


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El término simple y compresible implica que solo se está considerando la forma de trabajo P dv; en tanto que pura implica que las sustanciascontienen únicamente un componente químico (por ejemplo ,!, amoniaco o nitr"geno#, por lo tanto, se e$cluye cualquier me%cla de dos omás sustancias (como agua salada, &'isey o aire 'úmedo#. La e$cepci"n corresponde al aire, que se trata como una sustancia pura enmuc'os casos prácticos, a pesar de ser una me%cla inerte de )*, +, y otras moléculas. demás, se supondrá que las sustancias tienen unacomposici"n molecular fija a lo largo de este estudio- es decir, no tiene lugar ninguna reacci"n química. En capítulos posteriores seestudiaran las me%clas y los sistemas cuyos componentes pueden sufrir transformaciones químicas.

epetidas observaciones y e$perimentos 'an mostrado que, para una sustancia pura, simple y compresible, dos propiedadesindependientes son necesarias y suficientes para establecer el estado estable de equilibrio de un sistema. Esta observaci"n no se deduce de

otros teoremas más fundamentales desde el punto de vista de la termodinámica clásica- como no se le 'a encontrado ninguna violaci"n, sele asigna la misma categoría que a las otras leyes termodinámicas que se estudiarán después. El comportamiento observado en unasustancia pura, simple y compresible se resume en el postulado de estado:

/0os propiedades termodinámicas independientes cualesquiera son suficientes para establecer el estado termodinámico estable de unamasa de control constituida por una sustancia pura, simple y compresible1

las propiedades termodinámicas corresponden la presi"n, la temperatura y el volumen- a estas propiedades no pertenecen ni laspropiedades geométricas, como la forma o la elevaci"n, ni la velocidad. Estado estable significa un estado de equilibrio- por lo tanto, elpostulado de estado no da informaci"n sobre los estados en desequilibrio. El enunciado anterior se refiere a la masa de control o a unacantidad específica de materia. El postulado de estado también puede interpretarse en referencia a una unidad de masa tomada como base.2e recuerda que e$iste la opci"n de e$presar las propiedades e$tensivas en forma intensiva, por lo que el postulado de estado puedeenunciarse en una forma muy útil3 0os propiedades termodinámicas intensivas e independientes bastan para establecer el estadotermodinámico estable de una sustancia pura, simple y compresible.

E$iste un número importante de e$cepciones para estas formas del postulado de estado. Estos enunciados se aplican únicamente asustancias simples compresibles- en consecuencia, la única forma de trabajo posible es P dV. 2i e$iste otra forma de trabajo casi alequilibrio, el número de propiedades termodinámicas independientes necesarias para determinar el estado es 4 más el número de formas detrabajo

El postulado de estado se5ala la informaci"n necesaria para especificar el estado de una sustancia en un sistema particular. 6a antes seconsideraron las propiedades P, v, T y 7- en secciones posteriores se presentarán otras propiedades. El postulado de estado afirma que, sidos de esas propiedades son independientes y conocidas, entonces todas las otras propiedades quedan unívocamente especificadas. 2i se

conocen T y v para una sustancia pura y compresible, entonces P y u tienen valores conocidos unívocamente. 8atemáticamente, esto see$presa como


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2ustancias simples compresiblesLas sustancias simples y compresibles se emplean en muc'os sistemas de ingeniería, incluyendo las plantas de potencia, muc'os sistemasde refrigeraci"n y sistemas de distribuci"n térmica que usan el agua o el vapor de agua para transportar la energía. demás, las máquinasde combusti"n interna y e$terna se pueden estudiar en forma práctica considerando que operan con sustancias simples y compresiblescomo fluidos de trabajo, aun cuando en la realidad no sea así. 9inalmente, algunas me%clas inertes de sustancias puras, por ejemplo, el aireseco, pueden tratarse como sustancias puras con un peque5o error, lo que permite una e$tensi"n práctica considerable a la aplicaci"n de lasrelaciones entre propiedades que se desarrollarán para sustancias puras.


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Tensi*n su"er,i#ial.

Las partículas fluidas están sometidas a

fuerzas de co#esión lo que da lugar alfenómeno de tensión superficial en laseparación de dos fluidos inmiscibles.

aire ρ a

agua ρ "

9p %i una superficie libre se limita por un contorno,se puede medir la fuerza debida a la tensión

9σ superficial. Y dic#a fuerza por unidad delongitud da el coeficiente de tensión superficial.

Para superficies con curvatura la tensiónsuperficial se equilibra con las fuerzas debidas ala diferencias de presión.

n el caso de una superficie alabeada, en general ladiferencia de presión entre los lados de la interfacedepende de dos radios de curvatura.

"emplos: 0 p 0 p 0 σ

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?

0 σ

4

*

dl4 + + ∆ p σ

0 p = ? 2 ⋅ ∆ p \ 0

σ =

? σ

0 p = π 2 ⋅ ∆ p \ 0

σ = ?π

2σ

dl*

= + 2+ 2?

pσ ?σ

∆ = ∆ p = 2

Tensi*n su"er,i#ial

2ondición e&istente en la superficie libre de un líquido, seme"ante a las propiedades de una membrana elástica ba"o tensión. La tensión es el

resultado de las fuerzas moleculares, que e"ercen una atracción no compensada #acia el interior del líquido sobre las mol!culas individuales de lasuperficie\ esto se refle"a en la considerable curvatura en los bordes donde el líquido está en contacto con la pared del recipiente. 2oncretamente,la tensión superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier línea recta de la superficie líquida que las capas superficiales situadas

en los lados opuestos de la línea ejercen una sobre otra .

La tendencia de cualquier superficie líquida es #acerse lo más reducida posible como resultado de esta tensión,como ocurre con el mercurio, queforma una bola casi redonda cuando se deposita una cantidad pequeJa sobre una superficie #orizontal. La forma casi perfectamente esf!rica deuna burbu"a de "abón, que se debe a la distribución de la tensión sobre la delgada película de "abón, es otro e"emplo de esta fuerza. La tensiónsuperficial es suficiente para sostener una agu"a colocada #orizontalmente sobre el agua.

La tensión superficial es importante en condiciones de ingravidez\ en los vuelos espaciales, los líquidos no pueden guardarse en recipientes

abiertos porque ascienden por las paredes de los recipientes.

en fluido cada mol!cula interacciona con las que le rodean. l radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeJo, abarca a lasmol!culas vecinas más cercanas. Aamos a determinar de forma cualitativa, la resultante de las fuerzas de interacción sobre una mol!cula que seencuentra en

• 1, el interior del líquido• ^, en las pro&imidades de la superficie


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• 2, en la superficie

2onsideremos una mol!cula Een color ro"o$ en el seno de un líquido en equilibrio, ale"ada de la superficie libre tal como la 1. Por simetría, laresultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las mol!culas Een color azul$ que la rodean, será nula.

n cambio, si la mol!cula se encuentra en ^, por e&istir en valor medio menos mol!culas arriba que aba"o, la mol!cula en cuestión estarásometida a una fuerza resultante dirigida #acia el interior del líquido.

%i la mol!cula se encuentra en 2, la resultante de las fuerzas de interacción es mayor que en el caso ^.

La fuerzas de interacción, #acen que las mol!culas situadas en las pro&imidades de la superficie libre de un fluido e&perimenten una fuerzadirigida #acia el interior del líquido.

2omo todo sistema mecánico tiende a adoptar espontáneamente el estado de más ba"a energía potencial, se comprende que los líquidos tengantendencia a presentar al e&terior la superficie más pequeJa posible.


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oe!iciente de tensión super!icial

%e puede determinar la energía superficial debida a la co#esión mediante eldispositivo de la figura.

na lámina de "abón queda ad#erida a un alambre doblada en doble ángulo recto ya un alambre deslizante 1^. Para evitar que la lámina se contraiga por efecto delas fuerzas de co#esión, es necesario aplicar una fuerza 0 al alambre deslizante.

La fuerza 0 es independiente de la longitud * de la lámina. %i desplazamos el alambre deslizante una longitud ∆ *, las fuerzas e&teriores #anrealizado un traba"o 0 ∆ *, que se #abrá invertido en incrementar la energía interna del sistema. 2omo la superficie de la lámina cambia en∆%,?d ∆ * Eel factor ? se debe a que la lámina tiene dos caras$, lo que supone que parte de las mol!culas que se encontraban en el interior del

líquido se #an trasladado a la superficie reci!n creada, con el consiguiente aumento de energía.

%i llamamos a γ la energía por unidad de área, se verificará que

la energía superficial por unidad de área o tensión superficial se mide en @Bm? o en ;Bm.

La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. n general, la tensión superficialdisminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de co#esión disminuyen al aumentar la agitación t!rmica. La influencia del medio e&terior secomprende ya que las mol!culas del medio e"ercen acciones atractivas sobre las mol!culas situadas en la superficie del líquido, contrarrestandolas acciones de las mol!culas del líquido.

7ensión superficial de los líquidos a ?(W2

L(4uido

56789 N:m;

1ceite de oliva .(


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1gua -?.<

1lco#ol etílico ??.<

^enceno ?.(

3licerina .=

Petróleo ?.(

Medida de la tensión super!icial de un lí"uido

l m!todo de *u ;ouy es uno de los más conocidos. %e mide la fuerza adicional _ 0 que #ay que e"ercer sobre un anillo de aluminio "usto en elmomento en el que la lámina de líquido se va a romper.

La tensión superficial del líquido se calcula a partir del diámetro ? 2 del anillo y del valor de lafuerza _ 0 que mide el dinamómetro.

l líquido se coloca en un recipiente, con el anillo inicialmente sumergido. /ediante un tubo que#ace de sifón se e&trae poco a poco el líquido del recipiente.

n la figura se representa:


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+. l comienzo del e&perimento?. 2uando se va formando una lámina de líquido.

. La situación final, cuando la lámina comprende Inicamente dos superficies Een esta situación la medida de la fuerza es la correcta$ "usto

antes de romperse.

%i el anillo tiene el borde puntiagudo, el peso del líquido que se #a elevado por encima de la superficie del líquido sin perturbar, es despreciable.

;o todos los laboratorios escolares disponen de un anillo para realizar la medida de la tensión superficial de un líquido, pero si disponen de portaob"etos para microscopio. %e trata de una pequeJo pieza rectangular de vidrio cuyas dimensiones son a9- mm de largo, b9? mm de anc#oy apro&imadamente c9+ mm de espesor, su peso es apro&imadamente =.- g.

%e pesa primero el portaob"etos en el aire y a continuación, cuando su borde inferior toca la superficie del líquido. La diferencia de peso _ 0 estárelacionada con la tensión superficial

_ 0 9?M3Ea4c$

%e empu"a el portaob"etos #acia arriba cuasiestáticamente. @ustamente, cuando va a de"ar de tener contacto con la superficie del líquido, la fuerza 0 que #emos de e"ercer #acia arriba es igual a la suma de:

• l peso del portaob"etos mg


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• La fuerza debida a la tensión superficial de la lámina de líquido que se #a formado ?M3Ea4c$• l peso del líquido 5gach que se #a elevado una altura h, sobre la superficie libre de líquido. %iendo 5 es la densidad del líquido.

Para un portaob"etos de la dimensiones seJaladas, que toca la superficie del agua, h es del orden de ?. mm

La fuerza debida a la tensión superficial es ?M3Ea4c$9?M-?.


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%i las fuerzas de ad#esión del líquido al sólido Emo"ado$ superan a las fuerzas de co#esión dentro del líquido Etensión superficial$, la superficiedel líquido será cóncava y el líquido subirá por el tubo, es decir, ascenderá por encima del nivel #idroestático. ste efecto ocurre por e"emplo conagua en tubos de vidrio limpios.

%i las fuerzas de co#esión superan a las fuerzas de ad#esión, la superficie del líquido será conve&a y el líquido caerá por deba"o del nivel#idroestático. 1sí sucede por e"emplo con agua en tubos de vidrio grasientos Edonde la ad#esión es pequeJa$ o con mercurio en tubos de vidriolimpios Edonde la co#esión es grande$.

La absorción de agua por una espon"a y la ascensión de la cera fundida por el pabilo de una vela son e"emplos familiares de ascensión capilar. lagua sube por la tierra debido en parte a la capilaridad, y algunos instrumentos de escritura como la pluma estilográfica Efuente$ o el rotuladorEplumón$ se basan en este principio.

3is#osidad<

La viscosidad es una propiedad distintiva de los fluidos. sta ligada a la resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se lesomete a un esfuerzo de corte. sta propiedad es utilizada para distinguir el comportamiento entre fluidos y sólidos. 1demás los fluidos puedenser en general clasificados de acuerdo a la relación que e&ista entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de deformación.

%upóngase que se tiene un fluido entre dos placas paralelas separada a una distancia pequeJa entre ellas, una de las cuales se mueve con respectode la otra. sto es lo que ocurre apro&imadamente en un descanso lubricado. Para que la palca superior se mantenga en movimiento con respectoala inferior, con una diferencia de velocidades A, es necesario aplicar una fuerza F, que por unidad se traduce en un esfuerzo de corte, D 9 F B 1,siendo 1 el área de la palca en contacto con el fluido. %e puede constatar además que el fluido en contacto con la placa inferior, que esta enreposo, se mantiene ad#erido a ella y por lo tanto no se mueve. Por otra parte, el fluido en contacto con la placa superior se mueve ala mismavelocidad que ella. %i el espesor del fluido entre ambas placas es pequeJo, se puede suponer que la variación de velocidades en su interior eslineal, de modo que se mantiene la proporción:

dv B dy 9 ABy

3is#osidad<

&isten fuerzas tangenciales: Fluidos 4eales.

http://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtml


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= µ

δuδt

δθ

δy

u9 (

τ → u 9δuLa tensión es proporcionala la deformación:

τ ∝ δθ

δ t

%e puede #acer la siguiente apro&imación para deformaciones pequeJas:

δθ ≈ tan δθ

δ uδ t d θ du= ⇒ =

δ y dt dy

con esto se tiene que:d θ du

τ = µ Fluido ;eTtoniano.dt dy

uy

τ = µ du

µ coeficiente de viscosidad Eviscosidad$ .

[ µ ] = 0. = 7

? .

µ ?

dy ν = Aiscosidad cinemática. [ν ] = ρ .


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Le2 de los ases ideales

*iagrama presión8volumen a temperatura constante para un gas ideal.

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas #ipot!tico formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsiónentre ellas y cuyos c#oques son perfectamente elásticos Econservación de momento y energía cin!tica$. Los gases reales que más se apro&iman alcomportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de ba"a presión y alta temperatura.

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:P-V_diagram.PNGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:P-V_diagram.PNG


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#a Ecuación de Estado

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad Een moles$ de un gas ideal es:

*onde:

• 9 Presión• 9 Aolumen• 9 /oles de gas• 9 2onstante universal de los gases ideales • 9 7emperatura en 0elvin.

#a Ecuación de Estado para $ases realesVaciendo una correccion a la ecuación de estado de un gas ideal, es decir, tomando en cuenta las fuerzas intermoleculares y volImenesintermoleculares finitos, se obtiene la ecuacin para gases reales, tambi!n llamada ecuación de Aan der >aals:

*onde:

• 9 Presión del gas ideal• 9 Aolumen del gas ideal• 9 /oles de gas• 9 2onstante universal de los gases ideales • 9 7emperatura.

http://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waalshttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waalshttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_ideales


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• y son 2onstantes determinadas por la naturaleza del gas con el fin de que #aya la mayor congruencia posible entre la ecuacin de losgases reales y el comportamiento observado e&perimentalmente.

-alores de " en diferentes unidades

3alores de R


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)eoría cintica molecular

*esarrollada por LudTig ^oltzmann y /a&Tell. ;os indica las propiedades de un gas ideal a nivel molecular.

• 7odo gas ideal está formado por pequeJas partículas esf!ricas llamadas mol!culas.• Las mol!culas gaseosas se mueven a altas velocidades, en forma recta y desordenada.• n gas ideal e"erce una presión continua sobre las paredes del recipiente que lo contiene, debido a los c#oques de las mol!culas con las

paredes de !ste.• Los c#oques moleculares son perfectamente elásticos. ;o #ay p!rdida de energía cin!tica.• ;o se tienen en cuenta las interacciones de atracción y repulsión molecular.• La energía cin!tica media de la translación de una mol!cula es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ludwig_Boltzmannhttp://es.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwellhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_absolutahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ludwig_Boltzmannhttp://es.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwellhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_absoluta


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Ecuación $eneral de los $ases ideales

Para una misma masa gaseosa Epor tanto, el nImero de moles En$ es constante\ n=#te$, podemos afirmar que e&iste una constante directamente proporcional a la presión y volumen del gas, e inversamente proporcional a su temperatura.

%rocesos $aseosos particulares

Procesos realizados manteniendo constante un par de sus cuatro variables En, p , A, 7$, de forma que queden dos\ una libre y otra dependiente. *eeste modo, la fórmula arriba e&puesta para los estados + y ?, puede ser operada simplificando ? o más parámetros constantes. %egIn cada caso,reciben los nombres:

'ey de /oyle0*ariotte7ambi!n llamado proceso isot!rmico. 1firma que, a temperatura y cantidad de materia constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión:

En, 7 ctes.$

'eyes de arles y 1ay0'ussac

n +


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Pro#eso iso'aro 5de C-arles;

En, P ctes.$

Pro#eso iso#oro 5de >a28Lussa#;

En, A ctes.$

'ey de &vo2adro

sta ley fue e&puesta por 1medeo 1vogadro en +


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^'^L'Q341F'1:

/ecánica de fluidos 's#ames, dit. /c 3raT Vill

/ecánica de fluidos. F.>V'7, dit. /c. 3raT Vill'ntroduccion a la mecanica de fluidos. 4.>. Fo&. dit. 'nteramericana.

Documents

1-Los Fluidos y Sus Propiedades[1]