Clase de Mecánica de Fluidos
Docente Ing. Maria Gertrudys Alcivar Loor
Propiedades de los Líquidos
Introducción
Podria experimentar con la tensión superficial del
agua, si se trata de hacer que un objeto se sostenga en la superficie en vez de
que se hunda, como quizás se hubiera pensado. Por ejemplo, es facil colocar una aguja pequeña sobre una superficie de agua tranquila, de
modo que la tensión superficial la sostenga.
Entonces si se coloca una pequeña cantidad de
detergente para lavar los platos mientras la aguja esta sostenida, se hundirá
casi de inmediato. El detergente disminuye mucho la tension superficial.
Tensión Superficial
Concepto.-La tensión
superficial actúa como una película en la interfaz entre la superficie del agua
líquida y el aire sobre ella. Las moléculas de agua por debajo de la superficie
se ven atraídas una por la otra y por aquellas que estan en la superficie.
En forma cuantitativa, la tensión superficial se mide
como el trabajo por unidad de área que se requiere para llevar la molécula de
la parte inferior hacia la superficie del líquido.
La tensión superficial también es la causa que las
gotas de agua adopten una forma casi esférica.
Las unidades resultantes son la fuerza por la unidad
de longitud, como N/m.
La tensión superficial esta caracterizada por el
coeficiente de tensión superficial σ, siendo igual a 0.0726 N/m para el agua a una
temperatura de 20° C.
Los valores medios de σ
(N/m) para algunos líquidos en el limite de separación con el aire son los
siguientes:
La acción de la tensión superficial generalmente se
desprecia, sin embargo, en tubos de pequeño diámetro si debe considerarla la
fuerza de la tensión superficial se explica el ascenso capilar del liquido. En
recipientes estrechos el liquido se eleva una altura igual a:
r=radio del capilar
(tubo de diámetro muy pequeño).
VISCOSIDAD
} Retroalimentación
} Objetivo de la clase.
} Temas a tratar
Viscosidad
Dinámica y sus respectivas unidades.
Viscosidad
Cinemática y sus respectivas unidades
Viscosidad Dinámica
Conforme un fluido se mueve, dentro de él se
desarrolla un esfuerzo cortante, cuya magnitud depende de la viscosidad del
fluido. Se define al esfuerzo cortante, denotado con la letra griega τ,
como la fuerza que se requiere para que una unidad de área de sustancia se
deslice sobre otra. Entonces, τ es una fuerza dividida entre un área, y se mide en
las unidades de N/m2 o lb/pie2.
En los fluidos como el agua, el alcohol u otros
líquidos comunes, la magnitud del esfuerzo cortante es directamente
proporcional al cambio de velocidad entre las posiciones diferentes del fluido.
La figura ilustra el concepto de cambio de velocidad
en un fluido con el esquema de una capa delgada de fluido entre dos superficies
, una de ellas es estacionaria y la otra esta en movimiento.
Una condición fundamental cuando un fluido está en
contacto con una superficie de frontera, es que el fluido tenga la misma
velocidad que esta.
En la figura
mostrada nos fijamos que la parte del fluido en contacto con la superficie
inferior tiene una velocidad igual a cero, y aquella en contacto con la parte
superior tiene una velocidad v. Si la distancia entre estas superficie es
pequeña, entonces la tasa de cambio de la velocidad con y es
lineal. Es decir , varía en forma lineal. La gradiente de velocidad es una
medida de cambio de velocidad, y se define como
El hecho de que el esfuerzo cortante en un fluido sea
directamente proporcional al gradiente de velocidad se enuncia así:
Donde a la
constante de proporcionalidad η (eta) se la denomina viscosidad dinámica del fluido.
En ocasiones se emplea el término viscosidad absoluta.
La acción de moverlo hace que en este se cree un
gradiente de velocidad.
Se requiere una fuerza mayor para agitar un aceite
frio que tenga viscosidad elevada. (valor de η)
que la que se necesita para mover agua, cuya viscosidad es menor.
Unidades de la viscosidad dinámica
Para expresar la viscosidad empleamos varios sistemas
de unidades diferentes.
La definición de viscosidad dinámica se obtiene al
despejar a η la ecuación:
A veces cuando las unidades para η
se combina en especial con términos de densidad, conviene expresarlo en
términos de kg en vez de N. Debido a N = kg. m/s2
Viscosidad Cinemática
Muchos cálculos de la dinámica de fluidos involucran
la razón de la viscosidad dinámica en la densidad del fluido. Por conveniencia,
la viscosidad cinemática ν (nu)se define:
Debido a que η y ρ
son propiedades de los fluidos ν también es una propiedad.
Las unidades para la viscosidad cinemática en el SI se
obtienen con la sustitución antes desarrolladas:
Unidades de viscosidad cinemática
La viscosidad del agua en condiciones de la presión
atmosférica se calcula con la fórmula de Poiseil:
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