TEMA 2. MAGNITUDES FÍSICAS. DEFINICIÓN Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

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1 Ingeniería Fluidomecánica TEMA 2. MAGNITUDES FÍSICAS. DEFINICIÓN Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 2.1. Magnitudes físicas en Fluidomecánica. Sistema Internacional BLOQUE TEMÁTICO 1 FUNDAMENTOS DE MECÁNICA DE FLUIDOS 2.2. Definición y propiedades de los fluidos Densidad. Peso específico iscosidad Presión. Compresibilidad Tensión superficial. Capilaridad Presión de saturación. Cavitación

2 2.2. DEFINICIÓN DE FLUIDO - Un fluido es un medio que toma la forma del recipiente que lo contiene - Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le aplica un esfuerzo tangencial F t por pequeño que sea B B A α F t D C C F t Placa móvil B B B B α A β Placa fija SÓLIDO FLUIDO Hay sustancias plásticas (asfalto, vidrio fundido): F t F ti : hay deformación continua F t < F ti : no hay deformación continua No son fluidos

3 - Propiedades de un fluido son aquellas magnitudes físicas cuyos valores definen el estado en que se encuentra Tienen distinto valor para fluidos diferentes Pueden variar para un fluido determinado cuando varía el valor de alguna otra propiedad Son: densidad, peso específico, viscosidad, compresibilidad, tensión superficial, presión de saturación, etc. Temperatura (ºC) Densidad (kg/m 3 ) Propiedades físicas del agua a 1 bar Módulo elasticidad ( 10-9 ) (N/m 2 ) iscosidad cinemática ( 10 6 ) (m 2 /s) Tensión superficial (N/m) Presión vapor (kpa) 0 999,8 1,98 1,785 0,0756 0, ,0 2,05 1,519 0,0749 0, ,7 2,10 1,306 0,0742 1, ,1 2,15 1,140 0,0735 1, ,2 2,17 1,003 0,0728 2, ,0 2,22 0,893 0,0720 3,17

4 Densidad. Peso específico - DENSIDAD m ρ = masa volumen Unidad SI: kg/m 3 Agua pura a presión atmosférica y a 4ºC: ρ = 10 3 kg/m 3 - PESO ESPECÍFICO γ = F g peso Unidad SI: N/m 3 volumen Unidad ST: kgf/m 3 Agua pura a presión atmosférica y a 4ºC: γ = 9, N/m 3 = 10 3 kgf/m 3 γ = F g = m g = ρ g Aceleración de la gravedad - DENSIDAD RELATIA O PESO ESPECÍFICO RELATIO γ = ρ g γc = ρ c g un fluido fluido comparación Número adimensional Agua pura a presión atmosférica y a 4ºC: d = 1 γ γ c = ρ ρ c = d

5 iscosidad Resistencia que un fluido opone a su deformación Ley de Newton de la viscosidad resistencia du τ = μ dy gradiente de velocidad Unidad SI: N s/m 2 ó Pa s ó Poiseuille viscosidad dinámica Unidad c.g.s.: poise 1 Pa s = 10 poises viscosidad cinemática: μ ν = ρ Unidad SI: m 2 /s (Miriastoke) Unidad c.g.s.: Stoke (1 Stoke = 1 cm 2 /s) 1 m 2 /s = 10 4 Stokes Grados Engler (ºE) y números SAE Causas que originan la viscosidad: En líquidos: cohesión molecular En gases: intercambio de cantidad de movimiento Líquidos: la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura Gases: la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura

6 Compresibilidad ariación de volumen por unidad de volumen (Δ/), dividida por el incremento de presión (Δp) que la originó Coeficiente de compresibilidad k: k 1 = Δ Δp Módulo de elasticidad volumétrico K: K 1 k = Δp Δ Signo -: a un aumento de presión le corresponde una disminución de volumen = Unidades: iguales que las de presión Los líquidos tienen una compresibilidad muy reducida p Δp líquido 2 1 Δ p+δp alores de K ( 10-9 ) para el agua en N/m 2 p (bar) 0 ºC 20 ºC 50 ºC 90 ºC 1 2,04 2,20 2,30 2, ,10 2,27 2,36 2, ,22 2,40 2,50 2, ,64 2,81 2,94 2,83

7 Tensión superficial Las moléculas a lo largo de la superficie libre del líquido están sometidas a una fuerza neta hacia el interior. Consecuencia física de esta fuerza no equilibrada a lo largo de la superficie: creación de una piel o membrana hipotética. Tensión superficial σ (sigma): intensidad de la atracción molecular por unidad de longitud. Unidades en SI: N/m Es la razón de la ascensión o bajada de líquidos por tubos de diámetro muy pequeño (capilaridad) Suele despreciarse en las aplicaciones de Ingeniería Fluidomecánica F Límite de separación con el aire Líquido Tensión superficial (N/m) Agua 0,073 Alcohol 0,0225 Benceno 0,029 Petróleo 0,025 Glicerina 0,065 Mercurio 0,490

8 Presión de saturación o de vapor. Cavitación acio Líquido (a) Se crea una presión como resultado del vapor que se forma debido a las moléculas de líquido que se escapan (b) Cuando nº de moléculas que abandonan la superficie = nº de moléculas que entran en la superficie se alcanza la condición de equilibrio (c) Condición de equilibrio: - Se dice que el vapor está saturado - Y que la presión ejercida por el vapor sobre la superficie del líquido se denomina presión de vapor El valor de la presión de vapor depende de la temperatura Cuanto menor sea la presión a la que está sometido un líquido, menor será la temperatura a la que se produce su ebullición Agua Presión atmosférica (1 atm=1,013 bar) 100 ºC Presión de 0,01 bar 7 ºC

9 Presión de saturación o de vapor. Cavitación Cavitación: Presión Presión de vapor Presión > Presión de vapor Las burbujas de vapor se rompen con la intensidad suficiente para provocar importantes daños estructurales Instalaciones propensas: turbinas y bombas hidráulicas, válvulas, hélices marinas, conducciones de agua con riesgo de bajas presiones

10 Presión de saturación o de vapor. Cavitación Cavitación: Hélice de un barco Interior de una conducción de fluidos

11 UHU Dra. Inmaculada Pulido Calvo Área Mecánica de Fluidos Dpto. Ciencias Agroforestales Escuela Politécnica Superior