1 UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

“LOS MERENGUES”

1.1 CONCEPTOS DE FLUIDOS:

En la naturaleza las sustancias se presentan en cualquiera de los tres estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Se

diferencian, desde el punto de vista de su agrupación molecular, por las distancias y las fuerzas cohesivas

intermoleculares; fuerzas que son relativamente grandes en los sólidos, medianas en los líquidos y extremadamente

pequeñas en los gases. Esta característica permite separar las sustancias en solo dos grupos: Fluidos y Sólidos.

Los gases y los líquidos son fluidos, concretamente por su movilidad al deformarse debido al efecto de cualquier fuerza

externa por muy pequeña que sea. Además, los líquidos se diferencian de los gases porque prácticamente son

incompresibles, mientras que los gases son compresibles debido a que las moléculas que lo constituyen pueden

aglutinarse o expansionarse ocupando todo el espacio que disponen en el recipiente o conducto donde se encuentran.

En cambio, los sólidos no comparten esta propiedad sino que bajo el efecto de una fuerza tangencial sufren inicialmente

una deformación elástica que de continuarse alcanza el límite elástico tolerable provocándoles una ruptura o sea una

deformación permanente e irreversible y nunca llegan a escurrirse.

Los líquidos:

Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de

atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número

de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.

Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican

propiedades como la fluidez o la viscosidad.

En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se

mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).

Gases:

Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la

temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a

gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:

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“LOS MERENGUES”

Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el

espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en

comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas.

Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.

Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene.

Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.

Las diferencias esenciales entre líquidos y gases son:

a) Los líquidos son prácticamente incompresibles y los gases son compresibles, por lo que en muchas ocasiones hay que

tratarlos como tales.

b) Los líquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres, mientras que una masa dada de gas se

expansiona hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo contenga.

Conceptos de fluidos:

1. Los fluidos son sustancias capaces de fluir y se adaptan a la forma de los recipientes que los contienen. Cuando

están en equilibrio, los fluidos no pueden soportar fuerzas tangenciales o cortantes. Todos los fluidos son compresibles

en cierto grado y ofrecen poca resistencia a los cambios de forma.

2. Fluido es aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la

forma del recipiente que lo contiene.

3. La palabra fluido proviene del latín "Fluere" que significa fluir. Los fluidos entonces fluirán ante el efecto de una

fuerza; aunque fuese solo para adoptar la forma del recipiente que los contiene.

4. Por lo tanto se puede definir a un fluido como una sustancia cuya masa tiene la capacidad de deformarse

continuamente, "acomodando sus moléculas", al ser sometida a una fuerza tangencial.

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“LOS MERENGUES”

5. Los fluidos son agregaciones de moléculas, muy separadas en los gases y próximas en los líquidos, siendo la distancia

entre las moléculas mucho mayor que el diámetro molecular, no estando fijas en una red, sino que se mueven

libremente.

Propiedades de los fluidos.

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.

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.

Viscosidad: es una propiedad de los fluidos que se refiera el grado de fricción interna; se asocia con la resistencia

que presentan dos capas adyacentes moviéndose dentro del fluido. Debido a esta propiedad parte de la energía

cinética del fluido se convierte en energía interna.

Densidad: es la relación entre la masa y el volumen que ocupa, es decir la masa de unidad de volumen.

Volumen específico: es el volumen que ocupa un fluido por unidad de peso.

Peso específico: corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen.

Gravedad específica: indica la densidad de un fluido respecto a la densidad del agua a temperatura estándar. Esta

propiedad es dimensional.

Tensión superficial: En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para

disminuir su superficie por unidad de área.

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Tipos de Fluidos:

Fluido newtoniano: Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La

curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen.

El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles que son

ejemplos de fluido no newtoniano. Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos

bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites

minerales.

Fluido no newtoniano: es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura y presión, pero no con la variación de la

velocidad. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades que tienen que ver con la

relación entre el esfuerzo y los tensores de esfuerzos bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de

esfuerzo cortante oscilatorio.

Es importante clasificar los fluidos no newtonianos en independientes del tiempo o dependientes del tiempo. Algunos

ejemplos de fluidos independientes del tiempo son: el plasma sanguíneo, polietileno fundido, látex, almibares, adhesivos,

malazas y tintas. Los fluidos que dependen del tiempo son difíciles de analizar porque su viscosidad aparente varía con el

tiempo. Ejemplos de ellos son petróleos crudos a temperaturas bajas, tinta para impresoras, nylon, ciertas gelatinas,

mezclas de harina y varias soluciones de polímeros.

Fuentes consultadas:

Fernández Larrañaga Bonifacio (1999). INTRODUCCION A LA MECANICA DE FLUIDOS. México: Alfa omega Grupo Editorial.

Fay A. James (1995). MECANICA DE FLUIDOS.. México: Editorial CECSA Cuarta Edición.

Vernard J.K, Street R.L. (1998). ELEMENTOS DE MECANICADE FLUIDOS.. España: CECSA

5 UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

“LOS MERENGUES”

Movimiento no acotado de las moléculas

Compresibilidad

Distancia molecular grande

Fuerzas de Van der Waals

Ausencia de memoria de forma

Fluidos:

Es aquella sustancia

que, debido a su poca

cohesión intermolecular,

carece de forma propia y

adopta la forma del

recipiente que lo contiene.

Características:

Propiedades:

Extensivas:

Intensivas:

Son propiedades

relacionadas con

la masa total del

sistema:

Por ejemplo:

Masa

Volumen

Peso

Caracterizan el

comportamiento

específico de los

fluidos.

Por ejemplo:

Presión

Densidad

Temperatura

6 UNIDAD I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

“LOS MERENGUES”

Clasificación de

los fluidos:

Según su viscosidad:

LIQUIDOS

GASES

Son prácticamente te

incompresibles;

poseen un tamaño

definido, pero toman

la forma del recipiente

que lo contiene.

Se comprimen con

facilidad; adoptan

tanto la forma como el

tamaño del recipiente

que los contiene y, si se

les deja en libertad de

expandirse, lo hacen

indefinidamente.

FLUIDOS NEWTONIANOS

FLUIDOS NO NEWTONIANOS

Es un fluido cuya viscosidad

puede considerarse constante

en el tiempo. Los fluidos

newtonianos son uno de los

fluidos más sencillos de

describir.

Es aquel fluido cuya

viscosidad varía con la

temperatura y la tensión

cortante que se le aplica.

Como resultado, un fluido

no newtoniano no tiene

un valor de viscosidad

definido y constante, a

diferencia de un fluido

newtoniano.

Ejemplos:

AGUA

AIRE

SANGRE

GRASAS

METALES

LIQUIDOS

Las moléculas de un gas se encuentran

prácticamente libres, de modo que son capaces

de distribuirse por todo el espacio en el cual son

contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de

atracción entre las moléculas son despreciables,

en comparación con la velocidad a que se

mueven sus moléculas.

En los líquidos las partículas están unidas por unas

fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por

esta razón las partículas de un líquido pueden

trasladarse con libertad. El número de partículas por

unidad de volumen es muy alto, por ello son muy

frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.

Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la

forma del recipiente que los contiene.