CAP. II:

PROPIEDADES DE

LOS FLUIDOS

MECANICA DE FLUIDOS I

Docente: JAVIER O. HURTADO OCHOA

Ingeniero Agrcola Maestra en Recursos Hdricos y Medio Ambiente, Segunda Maestra en Proyectos de Inversin.

Cusco, Setiembre - 2014

2.1 Propiedades de un fluido

Densidad (r): Es una de las propiedades ms habituales y tiles

en el estudio de los fluidos, y viene a ser la masa (m) contenida en una unidad de volumen (V). Se expresa como:

Equivalencias: 1 Kg = 1000 gr = 2.2046 lbs 1 slug = 32.174 lb = 14.59 Kg 1 m3 = 35.32 pie3 = 1000 L

3 3 3

, , l ,

, ,

m gr Kg b slug

V cm m pie

2.1 Propiedades de un fluido

Peso especifico (g): Es la fuerza gravitacional (g) ejercida sobre la

masa (m), llamada peso (W) contenida en una unidad de volumen (V) y se expresa como:

Relacin entre peso especfico y densidad: La densidad y el peso especifico estn relacionados del siguiente modo:

Aceleracin de la gravedad (g): 9.81 m/s2 = 32.185 pie/s2

Equivalencias: 1 N = 1 Kg.m/s2 = 105 dinas 1 Kgf = 9.81 N = 2.2046 lbf 1000 Kg/m3 = 1.94 slug/pie3

, , ,

3, 3,

W N Kgf lbf slug

V m pie L

.W m g mg g

V V V g

2.1 Propiedades de un fluido

Densidad relativa o gravedad especifica (r): La densidad relativa de una sustancia, se define

como la razn entre la densidad de la sustancia y la densidad del agua a una temperatura determinada (4C).

Densidad relativa de lquidos mas usuales:

tan tansus cia sus cia

agua agua

r

2.1 Propiedades de un fluido

Viscosidad: Es la propiedad molecular que

representa la resistencia del fluido a la deformacin. Tambin se puede definir como la resistencia de los fluidos a fluir, a mayor viscosidad se tiene menor flujo.

Aunque las molculas de los lquidos pueden deslizarse una sobre otras, esto no ocurre con igual facilidad para todos los lquidos, esta resistencia la da la viscosidad.

2.1 Propiedades de un fluido

La viscosidad en los lquidos depende principalmente de la cohesin entre las molculas del fluido, y en los gases depende principalmente del grado de agitacin molecular. Existen 2 tipos de viscosidad; dinmica y cinemtica.

Viscosidad dinmica: Es la responsable de las fuerzas de friccin entre capas adyacentes de fluido, a estas fuerzas se denominan de esfuerzo cortante y dependen del gradiente de velocidades del fluido (Ley de Newton).

2.1 Propiedades de un fluido

Esfuerzo cortante: Es la resistencia por unidad de superficie que aparece entre dos laminas deslizantes:

Viscosidad dinmica

Gradiente

de velocidad Esfuerzo

cortante

2 2

, , ,

,

dv N Kgf lbf slug

dy m pie

v

y

2.1 Propiedades de un fluido

Viscosidad cinemtica (n): Se define como la razn entre la viscosidad dinmica (m) y la densidad (r).

Los fluidos se clasifican segn el comportamiento que presenten al relacionar la tasa de deformacin (dv/dy) con la resistencia ofrecida por el fluido, en fluidos newtonianos y fluidos no newtonianos.

Fluidos newtonianos: Presentan una relacin lineal entre el esfuerzo y la tasa de deformacin, y se comporta segn la Ley de Viscosidad de Newton.

2 2 2, ,cm m pie

s

Equivalencia: 1 stoke = 1 cm2/s = 1 dina/ poise 1 poise = 1 dina . s/cm2 1 Kgf = 9.81 N = 9.81 x 105 dinas

2.1 Propiedades de un fluido

Fluidos no newtonianos: Cuando presentan un comportamiento no lineal y son estudiados por la Reologa (relaciona el esfuerzo y la deformacin en los materiales que son capaces de fluir).

Esfuerzo cortante vs Velocidad

de deformacin angular

Viscosidad aparente vs Velocidad

de deformacin angular

2.1 Propiedades de un fluido

Tensin superficial: Es la energa necesaria para crear un rea superficial,

trasladando las molculas de la masa lquida a la superficie de la misma, y mide la capacidad de soporte de tensiones de la superficie de un liquido. Es decir, mide las fuerzas internas que hay que vencer para poder expandir el rea superficial de un lquido.

A mayor tensin superficial, mayor es la energa necesaria para transformar las molculas interiores del lquido a molculas superficiales. El agua tiene una alta tensin superficial, por los puentes de hidrgeno.

2.1 Propiedades de un fluido

Capilaridad: Es el fenmeno por el cul un

lquido asciende por tubos muy estrechos. El lquido asciende debido a las fuerzas atractivas entre sus molculas y la superficie interior del tubo. Estas fuerzas son las llamadas fuerzas de adhesin. El contacto de un lquido con las paredes del tubo de seccin circular que lo contiene se realiza formando un menisco o ngulo de contacto (). La componente vertical de la fuerza debida a la tensin superficial (T) es: y el peso de la columna es:

Igualando ambas fuerzas, se tiene:

2.2 Ejercicios de Aplicacin

Ejemplo 1: Streeter Ejercicio 1.3.1 (Pg. 15)

2.2 Ejercicios de Aplicacin

Ejemplo 2: Streeter Ejercicio 1.3.2 (Pg. 15)

2.2 Ejercicios de Aplicacin

Ejemplo 3: Streeter Ejercicio 1.3.3 (Pg. 15)

2.2 Ejercicios de Aplicacin

Ejemplo 4: Giles Problema 42 (Pg. 26)

2

5 5

2 2

1 1 . /

1 10 1 10

11 9.81 1

9.81

1 10 1 10

poise dina s cm

N dinas dina N

Kgf N N Kgf

m cm cm m

2

52

2

2

4 2

0.0158 0.0158 . /

100.0158 . / 10

9.81

0.0158. /

9.81 10

16.1 10 . /

Hg

Hg

Hg

Hg

poises dina s cm

Kgf s m

Kgf s mx

x Kgf s m

2.2 Ejercicios de Aplicacin

Ejemplo 5: Giles Problema 43 (Pg. 26)

2.2 Ejercicios de Aplicacin

Ejemplo 6:

2.2 Ejercicios de Aplicacin

Ejemplo 7:

2.2 Ejercicios de Aplicacin

Ejemplo 8:

2.2 Ejercicios de Aplicacin

Ejemplo 9: