Unidad 1propiedades de los fluidos enero 2015

Ing. Serge paez

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contenido

Concepto de fluido y sus caractersticas. Propiedades de los fluidos: Peso Especfico.Densidad Especfica.Densidad relativa o gravedad especfica.Volumen especfico.Viscosidad Viscosidad dinmica Viscosidad cinemtica.Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPresinPresin manomtricaPresin absoluta.

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Concepto de fluido y sus caractersticas.

Un fluido se define como una sustancia que cambia su forma continuamente siempre que est sometida a un esfuerzo cortante, sin importar qu tan pequeo sea.

Al considerar varios tipos de fluidos en condiciones estticas, algunos presentan cambios muy pequeos en su densidad a pesar de estar sometidos a grandes presiones. Invariablemente, estos fluidos se encuentran en estado lquido cuando presentan este comportamiento. En tales circunstancias, el fluido se denomina incompresible y se supone que su densidad es constante para los clculos.

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El estudio de fluidos incompresibles en condiciones estticas se conoce como hidrosttica. Cuando la densidad no puede considerarse constante bajo condiciones estticas como en un gas, el fluido se denomina compresible y, algunas veces, se utiliza el trmino aerosttica para identificar esta clase de problemas.

Los fluidos estn compuestos por molculas con movimientos y colisiones constantes. Para ser exacto en un anlisis, debera tenerse en cuenta la accin de cada molcula o grupo de molculas en un flujo. Tales procedimientos se adoptan en la teora cintica de los gases y en la mecnica estadstica pero son, en general demasiado complejos para utilizarlos en aplicaciones de ingeniera.

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En la mayor parte de los clculos de ingeniera, el inters se centra en manifestaciones promedio medibles de muchas molculas, como, por ejemplo, densidad, presin y temperatura. Estas manifestaciones pueden suponerse convenientemente como el resultado de una distribucin continua hipottica de materia.

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Dentro de las caractersticas de los fluidos podemos nombrar:Son sustancias capaces de fluir.Se adaptan a la forma de los recipientes que lo contienen.En equilibrio no pueden soportar fuerzas tangenciales o cortantes.Son compresibles en cierto grado y ejercen poca resistencia a los cambios de forma.

Los fluidos se dividen en lquidos y gases: Los lquidos son incompresibles y los gases compresiblesLos lquidos ocupan un volumen definido y tienen superficie libre.Una masa de gas se expande hasta ocupar toda el rea del recipiente que lo contiene.

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En resumen:Los slidos ofrecen gran resistencia al cambio de forma y volumen.Los lquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen, pero no de forma.Los gases ofrecen poca resistencia al cambio de forma y volumen.Los slidos y los lquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles, pero ningn cuerpo (slido, lquido o gaseoso) es estrictamente incompresible.

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Propiedades de los fluidos

Peso Especfico

Es el peso de la sustancia por unidad de volumen que ella ocupa.

En el sistema internacional de unidades (SI) se expresa en kgf/m3.

Nota: recordemos que el peso (G) es: masa (m) x gravedad (g).

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Densidad Especfica

O solamente densidad, es la masa de la sustancia por la unidad de volumen que ella ocupa.

En el sistema internacional de unidades (SI) se expresa en kg/m3.

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Volumen Especfico

Es el inverso de la densidad, es decir, el volumen que una sustancia ocupa la unidad de masa que ella tiene.

En el sistema internacional de unidades (SI) se expresa en m3/kg.

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Densidad Relativa

Tambin conocida como masa especfica o gravedad especfica de un fluido, es la relacin entre la densidad un fluido y la densidad del agua a 4C, la cual se aproxima a 1000 kg/m3.

Esta es una medida adimensional.

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Viscosidad

Es la propiedad que determina cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes internas, es decir, a cualquier fuerza que tienda a producir escurrimiento entre sus capas.

Es una magnitud que depende de la temperatura y de la naturaleza del fluido. Cuando se da un valor de viscosidad se debe indicar a que temperatura y unidades se encuentra.

La viscosidad es un factor importante en la prdida de presin de los fluidos y disminuye con la temperatura, mas no se ve afectada por la prdida de presin.

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Viscosidad dinmica o absoluta

La viscosidad dinmica o absoluta expresa la medida de las fuerzas de roce internas del fluido y es exactamente el coeficiente de proporcionalidad entre la tensin de corte y el gradiente de velocidad de la Ley de Newton.

Las unidades ms usadas son el centiPoise (cP), o Poise (98,1P = 1 kgf.s/m2); y el Pascal segundo (1 Pa.s = 1N.s/m2) en el SI.

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Viscosidad cinemtica

Es el cociente entre la viscosidad dinmica y la densidad del fluido.

Las unidades mas usadas son el centiStoke (cSt), Stoke (1St = 1cm2/s); o elm2/s (SI).

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Viscosidad dinmica y cinemtica

La viscosidad dinmica de los fluidos vara mucho con la temperatura, aumentando con la temperatura en los gases y disminuyendo en los lquidos, pero en unos y otros es prcticamente independiente de la presin.

La viscosidad cinemtica de los gases vara mucho con la presin y la temperatura, pero en los lquidos prcticamente solo vara con la temperatura.

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Fluidos Newtonianos y no Newtonianos

Un fluido Newtoniano es aquel que cumple con la Ley de Newton, quien descubri que en muchos fluidos la tensin de corte era proporcional al gradiente de velocidad, llegando a la siguiente frmula:

En un fluido Newtoniano (agua, aire, la mayora de los gases, fluidos de baja viscosidad) la viscosidad dinmica depende de la presin la temperatura, no del gradiente de velocidad (dV/dy).

Algunos fluidos no Newtonianos son: grases, sangre, metales lquidos, plsticos y suspensiones.

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Presin

Es un cociente de la fuerza ejercida por unidad de rea.

Las unidades mas usadas son: kgf/cm2 ; kgf/m2; bar (1bar = 1,02 kgf/cm2; psi (1 psi = 0,068kgf/cm2); Pascal (1 Pa (SI) = 1,02 x 10 kgf/cm2); atmosfera (1 atm = 1,033 kgf/cm2); mmHg (1mmHg = 0,00136 kgf/cm2).

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La presin en un fluido acta en todas las direcciones y acta normalmente a cualquier superficie plana.

Propiedades de la presin:

1.- La presin en un punto de un fluido en reposo es igual en todas direcciones, tambin conocida como la Ley de Pascal La presin aplicada por un fluido contenido en un recipiente cerrado es igual en todas las direcciones del fluido y es perpendicular a las paredes del recipiente"

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2.- La presin en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal en el seno de un fluido en reposo.

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3.- En un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce en el interior del fluido una parte del fluido sobre la otra contigua al mismo, tiene la direccin normal a la superficie de contacto.

Como esta fuerza normal es la presin, en el interior de un fluido en reposo no existe mas fuerza que la debida a la presin

Este mismo argumento es vlido para la fuerza que el fluido en reposo ejerce sobre el contorno slido que lo contiene.

4.- La fuerza de la presin de un fluido en reposo se dirige siempre hacia el interior (compresin) nunca hacia afuera (traccin). Debido a esto, se toma como positivo el valor de la compresin, por lo que la presin absoluta jams puede ser negativa.

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5.- La superficie libre de un lquido siempre es horizontal.

Es importante recordad que la presin de un fluido NO depende de la forma, del volumen o del rea de la base del depsito que lo contiene.

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Carga de presin o altura de columna de un lquido

En la prctica se expresa con frecuencia la presin en altura equivalente de columna de un lquido determinado, m.c.a o mm.Hg.

Cuando se requiere pasar de una columna de lquido A a otra columna de un lquido B, se utiliza la siguiente expresin.

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Influencia del peso especfico en la presin y altura

1.- Para una misma altura de columna lquido, lquidos con pesos especficos diferentes, tendrn presiones diferentes. A mayor peso especfico mayor presin.

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Escala de presiones

Presin Atmosfrica (Patm)

Es la presin ejercida por el peso de la atmsfera. La presin atmosfrica es normalmente medida por un instrumento llamado barmetro, que es el origen de la llamada presin baromtrica.

La presin atmosfrica vara con la altura y depende de las condiciones meteorolgicas, siendo que al nivel del mar, en condiciones estandarizadas.

Patm = 1,033 kgf/cm2= 760 mmHg= 1,033 x 10 N/m2 = 2,1116 x 10 lb/pie2 = 29,92 pulgadas de Hg.

La presin atmosfrica vara en con la temperatura y la altitud. En la practica se utiliza como presin atmosfrica 1 kgf/cm2 cuya presin correspode a 1om columna de lquido.

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Presin Manomtrica (Pman)

Es la presin medida, tomndose como referencia a la presin atmosfrica, tambin se conoce como presin relativa.

Esta presin es normalmente medida a travs de un instrumento llamado manmetro, lo que da origen a la presin manomtrica, siendo tambin llamada como presin efectiva o presin relativa.

Cuando la presin es menor que la atmosfrica, tenemos una presin manomtrica negativa, tambin llamada como vaco (denominacin incorrecta) o depresin.

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El manmetro, registra valores de presin manomtrica positiva; el vacumetro registra valores de presin manomtrica negativa y el manovacumetro registra valores de presin manomtrica positiva y negativa.

Estos instrumentos, siempre registran cero cuando estn abiertos a la atmsfera, as, tienen como referencia (cero de la escala) la presin atmosfrica del lugar dnde se est realizando la medicin, sea cual sea.

Presin Absoluta (Pabs)

Es la presin medida en relacin al vaco total o cero absoluto. Todos los valores que expresan presin absoluta son positivos.

El cero absoluto de presin es el mismo en todos los sistemas de unidades.

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Relacin entre presiones

La ecuacin fundamental de las presiones viene dada por la expresin:

Donde:- Pabs, en Pa (SI).- Patm en Pa (SI) medida con un barmetro.- Pman en Pa (SI) medida con manmetro.

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Presin de vapor (Pv)La presin de vapor de un fluido a una cierta temperatura es aquella en la qu coexisten las fases lquida y vapor. A esa misma temperatura, cuando tenemos una presin mayor que la presin de vapor, habr slo fase lquida y cuando tenemos una presin menor que la presin de vapor, habr slo fase vapor .

A medida que aumenta la temperatura, la presin de vapor aumenta, as en caso que la temperatura se eleve hasta un punto en que la presin de vapor iguale, por ejemplo, a la presin atmosfrica, el lquido se evaporizar, dando origen al fenmeno de la ebullicin.

La presin de vapor tiene una importancia fundamental en el estudio de las bombas, principalmente en los clculos de NPSH, como veremos ms adelante.

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BibliografaSeleccin de bombas KSB.Mecnica de los fluidos, Claudio Mataix.Mecnica de los fluidos, Serie Shaum.Mecnica de los fluidos, Irving Shames.

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