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• Katiuska Araújo

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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universidad de Falcón Facultad de Ciencias de Agro y del Mar Mecánica de Fluidos

PROPIEDADES Y ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

Realizado por Andrés Mavare V-20.568.911

Punto Fijo, febrero 2013

INTRODUCCIÓN La estática de fluidos estudia el equilibrio de gases y líquidos. A partir de los conceptos de densidad y de presión se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática, de la cual el principio de Pascal y el de Arquímedes pueden considerarse consecuencias. El hecho de que los gases, a diferencia de los líquidos, puedan comprimirse hace que el estudio de ambos tipos de fluidos tenga algunas características diferentes. En la atmósfera se dan los fenómenos de presión y de empuje que pueden ser estudiados de acuerdo con los principios de la estática de gases. Se entiende por fluido un estado de la materia en el que la forma de los cuerpos no es constante, sino que se adapta a la del recipiente que los contiene. La materia fluida puede ser trasvasada de un recipiente a otro, es decir, tiene la capacidad de fluir. Los líquidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes de fluidos. Los primeros tienen un volumen constante que no puede mortificarse apreciablemente por compresión. Se dice por ello que son fluidos incompresibles. Los segundos no tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que los contiene; son fluidos compresibles porque, a diferencia de los líquidos, sí pueden ser comprimidos. El estudio de los fluidos en equilibrio constituye el objeto de la estática de fluidos, una parte de la física que comprende la hidrostática o estudio de los líquidos en equilibrio, y la aerostática o estudio de los gases en equilibrio y en particular del aire.

Fluidos Newtonianos y no Newtonianos Todos los líquidos se pueden clasificar como newtonianos o noNewtonianos. Si la relación es lineal y el líquido tiene tensión cero a cero gradientes de velocidad, entonces es newtoniano. Si no cumple con esto es noNewtoniano, teniendo distintas clasificaciones y subdivisiones basadas en la curva tensión de corte y su gradiente de la velocidad. La distinción entre fluidos newtonianos y fluidos no-newtonianos se basa en la diferente relación que existe en unos y otros entre la aplicación de un esfuerzo tangencial y la velocidad con que se deforman. Un fluido Newtoniano, también llamado fluido verdadero es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es proporcional directamente al esfuerzo aplicado. Es decir que si se aplica un esfuerzo tangencial a un fluido newtoniano, este se pondrá en movimiento sin importar cuán pequeño sea el esfuerzo tangencial y se generará una cierta distribución de velocidad en el fluido. Ese esfuerzo tangencial y el gradiente de velocidad que se produce serán directamente proporcionales, a la constante de proporcionalidad se la define como viscosidad. Los fluidos de este tipo más comunes son el agua, el aire y la gasolina en condiciones normales. Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos. Estrictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. Por lo común, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo. El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. Entre estos fluidos se encuentran Arcilla, Barro, Alquitrán, Lodo de aguas residuales, Aguas residuales digeridas Altas concentraciones de incombustible en aceite, Soluciones termoplásticas de polímeros entre otros.

Comportamiento Reológico Es su comportamiento según sus características de viscosidad, densidad, reología es la ciencia que estudia las propiedades de los fluidos así que propiedades reológicas se refieren a las características que les dan las clasificaciones de fluidos y no de sólidos. La reología abarca el comportamiento de fluidos simples como agua, vino, aceite, glicerina y otras sustancias que “fluyen” pero su viscosidad ya no es una característica suficiente para diferenciarlos. Como geles, pinturas suspensiones, emulsiones, adhesivos, pasta de diente, salsas entre otros. Tomando en cuenta el comportamiento del Flujo si es de tipo sólido elástico (Viscoelastico, Viscoplástico, tixotrópico) ó de Fluido viscoso (Reofluidizante, Reoespesante). Capilaridad La capilaridad es la cualidad que posee una sustancia de adsorber a otra. Sucede cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del líquido. Esto causa que el menisco tenga una forma cóncava cuando el líquido está en contacto con una superficie vertical. En el caso del tubo delgado, éste succiona un líquido incluso en contra de la fuerza de gravedad. Este es el mismo efecto que causa que materiales porosos absorban líquidos. Un aparato comúnmente empleado para demostrar la capilaridad es el tubo capilar; cuando la parte inferior de un tubo de vidrio se coloca verticalmente, en contacto con un líquido como el agua, se forma un menisco cóncavo; la tensión superficial succiona la columna líquida hacia arriba hasta que el peso del líquido sea suficiente para que la fuerza de la gravedad se equilibre con las fuerzas intermoleculares. Presión de Vapor y Cavitación La presión de vapor es la presión de un sistema cuando el sólido o líquido se hallan en equilibrio con su vapor.

Los vapores y los gases, tienden a ocupar el mayor volumen posible y ejercen así sobre las paredes de los recintos que los contienen, una presión también llamada, fuerza elástica o tensión. Para determinar un valor sobre esta presión se divide la fuerza total por la superficie en contacto. La regla de fases establece que la presión del vapor de un líquido puro es función única de la temperatura de saturación. La Cavitación es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno. Es un proceso físico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la ebullición lo hace por encima de la presión ambiente local. Fuerzas Hidrostáticas en fluidos Estratificados Si el fluido esta estratificado con diferentes densidades, no se puede obtener la solución general mediante una única fórmula, ya que la pendiente de la distribución lineal de presiones cambia de capa en capa. Sin embargo, las fórmulas conocidas se pueden aplicar por separado a cada capa, de modo que el procedimiento adecuado será el de calcular las fuerzas y momentos de cada una, y sumarlas posteriormente. Si se considera la superficie plana de la Fig III.11, sumergida en una región fluida de dos capas, la distribución de presiones se hace más acusada al pasar de la primera capa a la segunda, que es de fluido más denso.

La fuerza total sobre la placa no será igual a la presión en el centroide por la superficie de la placa, sino que cada parte de ésta lo tiene que cumplir por separado, de forma que, sumando las dos contribuciones se obtenga el total, es decir, F = Fi = pGi El centro de presiones correspondiente a la fuerza total, se obtiene sumando los momentos correspondientes respecto a un punto convenientemente elegido, que bien pudiera ser la superficie libre. F = Fi

Referencias Bibliográficas http://ingenieros2011unefa.blogspot.com/2008/01/cavitacion.html http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/nonewt onianos/nonewtonianos.html http://oceanologia.ens.uabc.mx/~fisica/FISICA_II/APUNTES/CAPILARIDAD.ht m http://www.oilproduction.net/01clasificaciondefluidos.htm