PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS
La densidad de un fluido es su masa por unidad de volumen,mientras que el volumen específico es su peso por unidad de volumen.
El peso específico, w, representa la fuerza ejercida por la gravedad sobre la unidad de volumen del fluido y se mide, por lo tanto, en unidad de fuerza por unidad de volumen, por ejemplo, New.m-3.
La densidad y el peso específico de un fluido están relacionados del modo siguiente:
Volumen específico, v, es el volumen ocupado por la unidad de peso del fluido. Se aplica especialmente este concepto en el caso de los gases y su unidad es el m3Kg-1: El volumen específico es el recíproco de la densidad. Así,
Densidad relativa, S, de un líquido es la razón de su densidad a la del agua pura a la temperatura normal. Los físicos usan la de 4oC como temperatura normal, pero los ingenieros prefieren, por lo general, 15.5 oC.
Se usa un hidrómetro para medir directamente la densidad relativa de un Líquido. Normalmente se utilizan dos escalas hidrométricas, a saber:La escala API que se utiliza para productos del petróleo.
Las escalas Baumé, que a su vez usa 2 tipos: uno para líquidos más densos que el agua y otro para líquidos más ligeros que el agua:
Las relaciones entre estas escalas hidrométricas y la densidad relativa son:
Para productos del petróleo:
Para líquidos más ligeros que el agua:
Para líquidos más pesados que el agua:
El peso específico relativo de un gas es la razón de su densidad a la del aire o la del nitrógeno, tomados éstos, a temperatura y presión dadas.
La viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se la aplica una fuerza externa: El coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente la viscosidad absoluta de un fluido, es una medida de resistencia, al deslizamiento o a sufrir deformaciones internas. La melaza es un fluido muy viscoso en comparación con el agua.
Se puede predecir la viscosidad de la mayor parte de los fluidos: en algunos la viscosidad depende del trabajo que se haya realizado sobre ellos. La tinta de la imprenta, las papillas de la pulpa de madera y la salsa de tomate, son ejemplos de fluidos que tienen propiedades tixotrópicas de viscosidad (su viscosidad disminuye por la acción y duración de un esfuerzo aplicado, al cesar este la viscosidad retorna a su estado inicial).Viscosidad absoluta o dinámica
La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el pascal segundo (Pa.s) o también newton segundo por metro cuadrado (N.s/m2), o sea kilogramo por metro segundo (kg/ms): Esta unidad se conoce también con el nombre de poiseuille(Pl) en Francia, pero debe tenerse en cuenta que no es la misma que el poise (P) descrita a continuación:
El poise es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y tiene dimensiones de dina segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro cuadrado. El submúltiplo el centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad más utilizada para expresar la viscosidad dinámica dado que la mayoría de los fluidos poseen baja viscosidad. La relación entre el pascal segundo y el centipoise es:
1Pa.s = 1 N.s/m2 = 1 kg/(m.s) = 103 cP
1cP = 10-3 Pa.s
Viscosidad cinemática
Es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad: en el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS correspondiente es el stoke (St), con dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el centistoke (cSt), 10-2 stokes, que es el submúltiplo más utilizado.1m2/s = 106 cSt
1cSt = 10-6 m2/s
Otras propiedades de los líquidos
Los líquidos tienen propiedades de cohesión y adhesión, formas ambas, de la atracción molecular. La cohesión permite al líquido resistir esfuerzos de tracción, mientras que la adhesión permite que se adhiera a otros cuerpos. La capilaridad es a la vez consecuencia de la cohesión y la adhesión. Cuando la primera tiene menor efecto que la segunda, el líquido moja las superficies sólidas con las que está en contacto y se eleva en el punto de contacto; si predomina la cohesión, la superficie líquida desciende en el punto de contacto. Por ejemplo, la capilaridad hace que el agua se eleve en un tubo de vidrio, mientras que el mercurio desciende por debajo del nivel verdadero.
Por presión se entiende la fuerza ejercida por unidad de área. Se le puede expresar en Newton por metro cuadrado o en kilogramos fuerza por centímetro cuadrado, o como se verá a continuación en metros de agua, metros de aire, mm de mercurio, etc.
Presión expresada como altura de una columna de fluido.
Imaginemos, fig. 1, un cuerpo líquido sobre cuya superficie libre no hay presión, aunque en realidad la mínima presión que puede haber sobre un líquido es la presión de su propio vapor. Dejando de lado, por el momento, esta presión, la presión a la profundidad h es de acuerdo a la siguiente ecuación:
P= w.h donde w: peso específico Ec. 1.0
Fig. 1.
Si se supone que w es constante, hay una relación definida entre P y h. Es decir, la presión (fuerza por unidad de área) es equivalente a una altura h de cierto fluido de peso específico constante. Es conveniente a menudo expresar una presión en términos de la altura de una columna líquida equivalente que como una fuerza por unidad de área.
Cuando la superficie del líquido está bajo cierta presión, es necesario convertir esta presión en altura equivalente del fluido en cuestión y sumar este valor a h, como se indica en la figura 1. Para obtener la presión total como altura de una columna líquida.
Nos hemos referido a un líquido en lo anterior, pero es igualmente posible usar este criterio para gases y vapores especificando previamente cierto peso específico constante w para el gas o vapor en cuestión. De este modo, la presión P puede ser expresada como altura de columna de cualquier fluido por medio de la relación:
Se llama presión absoluta la que se mide sobre el cero absoluto de presión. La presión manométrica es la que se mide tomando la presión atmosférica como referencia. Esto es porque prácticamente todos los medidores de presión o manómetros, indican cero cuando están comunicados con la atmósfera e indican solo la diferencia de presión entre el fluido con que están comunicados y el aire ambiente.
Si la presión es menor que la atmosférica, se la llama vacío y su valor manométrico es el valor de la presión en que está por debajo de la presión atmosférica. Un "alto vacío" es en realidad una bajísima presión absoluta. El vacío absoluto correspondería a cero.
Todos los valores de presión absoluta son positivos en los fluidos, pues un valor negativo indicaría un estado de tensión, lo que se considera normalmente imposible en los fluidos. Las presiones manométricas son positivas si están por arriba de la presión atmosférica y negativas en caso contrario.
La presión atmosférica se llama también presión barométrica, y varía con la altitud
Barómetro
La presión absoluta de la atmósfera se mide con el barómetro. Si un tubo como el de la fig. 2. tiene su extremo inferior sumergido en un líquido que está expuesto a la presión atmosférica, y se elimina el aire del tubo, el líquido asciende por éste. Si se extrajera el aire, la única presión sobre la superficie del líquido en el tubo sería la de su propio vapor y el líquido alcanzaría la máxima altura posible.
Fig. 2
La presión en o dentro del tubo y en a en la superficie del líquido es la misma. Es decir Po=Pa. Si fuera despreciable la presión de vapor sobre la superficie del líquido en el tubo, tendríamos, por la Ec. 1.0.
Po = wy = Pa
Se emplea, por lo general el mercurio como líquido, porque su densidad es lo suficientemente elevada como para que pueda emplearse un tubo de longitud razonable y también porque su tensión de vapor saturado es despreciable a las temperaturas ordinarias. Si se usara agua, la altura del tubo resultaría inconveniente, y, dado que su presión de vapor a las temperaturas ordinarias es apreciable, sería imposible obtener un vacío perfecto en la parte superior de la columna. La altura alcanzada por el agua sería, por lo tanto menor que la verdadera altura barométrica y habría que aplicar una corrección a las lecturas. Con el fin de reducir al mínimo los errores de capilaridad, el diámetro del tubo debe ser por lo menos, de 12.5 mm.
Según se ha dicho, la presión barométrica varía mucho con la altitud, pero al nivel del mar los valores normales de presión atmosférica son:
1,033 kg/cm2, 760 mm de Hg, 10,33 m de agua
Presión absoluta = Presion manométrica + Presión atmosférica
Unidades inglesas Unidades metricas 1 atm = 14.7 psi 1 atm = Columna de 34 pies de agua fría
1 atm = 1.023 bar 1 atm = 1013 mbar
1 atm = Columna 10.33 m de agua fría
