Propiedades principales de los liquidos

1. Mecánica de fluidos
Parte I Propiedades
de Fluidos
Prof. Olga Ortega
2019

2. Muchas de las sustancias que encontramos en nuestro entorno se
encuentran en fase líquida.
Con el fin de entender el comportamiento de los líquidos, se hace
necesario comprender su misma naturaleza.
En esta clase analizaremos las características y propiedades básicas
de los líquidos.
Veremos los símbolos y las unidades implicadas.
Estos conocimientos nos permitirán entender su relación como el
medio que nos rodea. Así mismo nos ayudara a resolver los
problemas prácticos.

3.  Mecánica de fluidos es la Ciencia en la cual los principios de la
Mecánica General se emplean en el estudio del
comportamiento de los fluidos, tanto líquidos (agua, aceite,
gasolina o glicerina) como gases (aire, oxigeno, nitrógeno o
helio), en lo referente a la estática, cinemática y dinámica.
 El análisis del comportamiento de los fluidos se basa en las
Leyes Fundamentales de la mecánica aplicada, las cuales
relacionan la Conservación de la Masa, Energía y Cantidad de
movimiento.
3

4. Aire Océanos
Glaciares
Como ya sabemos la materia se puede encontrar en la naturaleza
en tres estados físicos: gaseoso, líquido y sólido.
El agua, es el líquido mas esencial e importante de nuestras
vidas, lo podemos encontrar en los tres estados físicos de forma
natural, por ejemplo:
Además de ser indispensable para todo ser
viviente en nuestro planeta, se utiliza en
muchos procesos industriales.

5. El agua es un líquido que fluye fácilmente, sin embargo, no todo los
líquidos presentan esta misma capacidad de fluir.
Esta característica dependerá de las propiedades del líquido.
Nosotros utilizamos en nuestra
vida cotidiana diferentes
líquidos que poseen diferentes
propiedades y utilidades, como
son aquellos líquidos que
utilizamos para:

7. Contenido
1.Definicion y Características de los líquidos/gases
2. Clasificación de fluidos
3. Principio de Homogeneidad dimensional
4. Propiedades de los líquidos:
Intensivas, extensivas especificas
5 Propiedades Fundamentalesde los líquidos y
Sistema de medición
Parte I
• Densidad
• Peso especifico
• Volumen especifico, Gravedad especifica

8. 8
Definición y características de
los líquidos.
Un líquido es un estado de agregación de la materia en forma de
fluido, es decir, fluye fácilmente ya que sus moléculas pueden
deslizarse una sobre otra.
Un líquido está formado por pequeñas partículas vibrantes de la
materia, como los átomos y las moléculas, unidas por FUERZAS
INTERMOLECULARES
Recuerda que las fuerzas intermoleculares es la
fuerza de atracción entre las moléculas de una
misma sustancia.

9. Características Líquidos/gases
 Características de los líquidos
 Forma indefinida.
 Volumen fijo.
 Toman la forma del recipiente que los contiene.
 Muy poco compresibles.
 Características de los gases
 Forma indefinida
 Son compresible
 Son muy ligeros
9

10. Características:
Su forma es esférica si sobre él no actúa ninguna fuerza
externa.
Esto se debe a que las FUERZAS
INTERMOLECULARES son lo
bastante fuertes como para
mantener juntas sus moléculas y
reducir su espacio superficial.
Como las gotas que observas en
las hojas después de llover!!
Como la fuerza de
gravedad

11. Lic.11
Características:
El volumen de un líquido queda
definida por su contenedor.
Los líquidos adquieren la forma del
recipiente que los contenga.
No se expande para llenar el
recipiente, es prácticamente
incomprensible.
En los gases las moléculas se
encuentran mas separadas una
de las otras, por lo que si se
pueden comprimir.

12. 12
Características:
Los líquidos fluyen con mucha facilidad y se evaporan si
se encuentran contenidos en recipientes abiertos.
Su fluidez y la capacidad de evaporarse dependerá de la
intensidad de las fuerzas intermoleculares del liquido.
A mayor fuerza de atracción mas
lento fluirá el liquido, y es más
difícil que sus moléculas se liberen
para cambiar a la fase gaseosa.

13. Características de los fluidos
Los fluidos, independientemente de cuáles sean, guardan en común
ciertas propiedades físicas, tales como:
Cambio de forma: sin que existan fuerzas restitutivas que los obliguen a
recuperar la composición original de la masa, diferenciándolos de un
sólido de carácter deformable, que sí tienen fuerzas restitutivas.
Dispersión molecular: pueden pasar de un estado a otro y, debido a su
fluidez, si se les aplica una variable externa, como la temperatura, se puede
concentrar esta dispersión.
Densidad: pueden tener mayor o menor densidad en función a la cantidad
de materia que hay en un volumen de fluido. La densidad suele estar
representada en kg/m3.
13

14. Características de los fluidos
Viscosidad: se trata de la resistencia que tienen los fluidos a ser
deformados y que pudieran limitar su fluidez.
Volumen: espacio que ocupa un fluido en un espacio determinado,
teniendo en cuenta el alto, ancho y largo. Los fluidos líquidos suelen adoptar
la forma del recipiente donde están contenidos. Los gases, al contrario, no
tienen volumen ni forma, por lo que se expandirán lo máximo posible en el
espacio que los contenga.
Presión: es la fuerza que la masa del fluido ejerce sobre los cuerpos que
están sumergidos en él. En los fondos marinos, por ejemplo, la presión es
mucho más alta que en la tierra.
14

15. Clasificación de Los Fluidos
 Fluidos reales: son todos aquellos con la cualidad de ser viscosos o
compresibles; la posición de sus moléculas puede cambiar
continuamente.
 Fluidos newtonianos: son los que tienen viscosidad constante, sin variar
según la fuerza que se les aplique. Las leyes mecánicas de
Newton explican el comportamiento de este tipo de fluidos.
 Fluidos no newtonianos: no poseen viscosidad única, ya que dependen
de la fuerza que se ejerza sobre ellos, así como también de los cambios
de temperatura, por lo que pueden ser un intermedio entre fluido y
sólido.
 Superfluidos: se caracterizan porque pueden fluir ante la menor fuerza
aplicada sin que haya ningún tipo de resistencia ni fricción
15

16. Principio de Homogeneidad
dimensional
Cualquier ecuación deducida analíticamente y que
represente un fenómeno físico debe satisfacerse en
cualquier sistema de unidades
 Este principio se sustenta en el hecho de que los fenómenos
naturales ocurren de manera independiente a los sistemas de
unidades, pues estos últimos son invención del hombre.
 Una consecuencia de este principio es que, una ecuación válida
que relaciona magnitudes físicas debe ser dimensionalmente
consistente (homogénea). Esto quiere decir, en términos
sencillos, que las dimensiones de cada término de una ecuación
deben ser las mismas.
2 manzanas + 2 naranjas ≠ 4 manzanas
3 conejos ≠ 3 zanahorias 16

17. Análisis DIMENSIONAL
 El análisis dimensional es un método por medio del cual se
obtiene información de un fenómeno físico con base en
considerar que dicho fenómeno puede ser descrito por medio
de una correcta ecuación dimensional entre ciertas variables.
 Se sabe que la labor de encontrar experimentalmente una
función es bastante extensa.

18.  HOMOGENEIDAD DIMENSIONAL
El principio de homogeneidad dimensional establece que cualquier ecuación
que se haya obtenido anaiticamente y que represente un fenómeno físico, debe
satisfacerse para cualquier sistema de unidades
Ecuación que debe satisfacerse para todos los sistemas de unidades, ya que
los fenómenos naturales tienen lugar independientemente de las unidades
creadas por el hombre.
El principio de homogeneidad puede expresarse también de la siguiente manera:
una ecuación es dimensionalmente homogénea si su forma no depende de las
unidades fundamentales de medida.
Se entiende por producto adimensional un conjunto de factores que se
reducen a una expresión sin dimensiones; ejemplo.
𝐹
𝜌𝑉2𝐴
=
𝑀𝐿𝑇2
𝑀𝐿−3𝐿2𝑇2𝐿2 = 𝑀0𝐿0𝑇0 en donde:
F = fuerza. p = densidad. V = velocidad. A = área. M = magnitud fundamental
masa. L = magnitud fundamental longitud. T = magnitud fundamental tiempo.
A todo producto adimensional se lo llama también parámetro adimensional.
grupo adimensional o grupo π (pi).

19. NR=
𝑚𝑎
𝜏𝐴
=
𝑚𝑎
𝜇
𝑑𝑉
𝑑𝑦
𝐴
−→
𝜌𝐿2𝑉2
𝜇
𝑉
𝐿
𝐿2
 NR =
𝜌𝑉𝐿
𝜇
NF =
𝑚𝑎
𝑚𝑔
=
𝜌∗𝐿3𝐿∗𝑇−2
𝜌∗𝐿3𝐿∗𝑔
=
𝜌∗𝐿2𝑉2
𝜌∗𝐿2∗𝑔
=
𝑉
𝐿𝑔
NM =
𝑚𝑎
𝐸𝐴
=
𝜌∗𝐿3𝐿∗𝑇−2
𝐸𝐿2 =
𝜌∗𝐿2𝑉2
𝐸𝐿2 =
𝑉
𝐸
𝜌
NE=
𝑚𝑎
𝑝𝐴
−→
𝜌∗𝐿3𝐿∗𝑇−2
𝜌∗𝐿2 =
𝜌∗𝐿2∗𝑉2
𝜌∗𝐿2 −→
𝜌∗𝑉2
𝑝
NE=
𝑚𝑎
𝜎𝐿
−→
𝜌∗𝐿3𝐿∗𝑇−2
𝜎𝐿
=
𝜌∗𝐿2∗𝑉2
𝜎𝐿
−→
𝜌𝐿2∗𝑉2
𝜎
NR V = velocidad.
µ = viscosidad dinámica.
L = longitud característica.
E = módulo de elasticidad 'del fluido.
p = presión ejercida por el fluido.
σ = tensión superficial del fluido
F = fuerza.
ρ = densidad.
V = velocidad.
A = área.
M = magnitud fundamenta
masa.
L = magnitud fundamental
longitud.
T = magnitud fundamental
tiempo.
En mecánica de fluidos existen cinco grupos adimensionales notables. cuyas
definiciones y expresiones se dan a continuación:
Número de Reynolds (NR. ) cociente entre la fuerza de inercia y la fuerza cortante
(viscosa)
Número de Froude (NF) raíz cuadrada del cociente entre la fuerza de inercia y la
fuerza de gravedad,
Número de Mach (NM), raíz cuadrada del cociente entre la fuerza de inercia y la
fuerza elástica (debida a la compresibilidad del fluido)
Número de Euler (NE), cociente entre la fuerza de inercia y la fuerza de presión,
Número de Weber [NW) cociente entre la fuerza de inercia y la fuerza de tensión
superficial

20.  Como se puede observar, cada uno de los productos notables
contiene la variable que distingue a la fuerza que figura en el
denominador.
 Una fundamental aplicación se presenta en las situaciones en
que las variables que intervienen en un fenómeno físico son
conocidas, pero no así la relación que las liga.
 El fenómeno, mediante la aplicación del análisis dimensional
puede ser descrito por la relación entre un conjunto de
parámetros adimensionales de las variables, siendo el número
de parámetros menor que el de variables.
 Tómese como ejemplo el caso del estudio de la fuerza de
arrastre F que un fluido de viscosidad µ, de densidad p y de
velocidad V ejerce sobre una esfera lisa de diámetro D

21.  Ejemplo 1.1 - La siguiente ecuación es
dimensionalmente homogénea,
F=
4𝑦𝐸
1−𝑐2 𝜀𝑑2 ℎ − 𝑦 ℎ −
𝑦
2
𝑡 − 𝑡2
para:
 E = módulo de Young.
 c = coeficiente de Poisson. ε= relación de distancias. F
= fuerza. d, y, h = distancias.
 ¿Cuáles son las dimensiones de t ?
MLT2 =
𝑀𝐿−1𝑇−2𝐿
𝐿2 TL2 t=(L)

22.  Ejemplo 1.2 - La forma de una gota de liquido suspendida, puede
expresarse mediante la siguiente fórmula desarrollada por estudios
fotográficos de la gota, σ=
(𝜸−𝜸𝟎)
𝑯
𝒅𝟐
 donde:
γ = peso específico de la gota.
γo = peso específico del vapor que la rodea.
d = diámetro ecuatorial de la gota.
H = variable determinada experimentalmente. σ = tensión superficial del
líquido.
 ¿Qué dimensiones debe tener H para que la ecuación anterior sea
dimensionalmente homogénea?
 MT2 =
𝑴𝑳−𝟏𝑻−𝟐𝑳𝟐
𝑯
H =
𝑴𝑳−𝟏𝑻𝟐𝑳𝟐
𝑴𝑻−𝟐  H adm
 Determinar dimensiones Empíricamente es muy costoso pero Al aplicar
el análisis dimensional, se obtiene, para la descripción del fenómeno, una
relación funcional entre dos grupos π (pi)jo únicamente


23. Propiedades de los fluidos:
23
La función principal de cualquier líquido/gas que fluya de forma natural o
inducida es la de transmitir energía en un sistema de energía fluida.
Por lo general, existen 3 métodos de transmisión de fuerza fluida en la industria: la
mecánica, la eléctrica y la hidráulica
Los fluidos que se utilizan en la industria están presentes en muchos procesos
industriales. A parte de ser una fuente de energía se encargan de prolongar la vida útil
de los equipos cuando actúan como lubricante, refrigerante, sellante, anticorrosivo,
entre otras funciones
Los fluidos contienen propiedades físicas que controlan la forma en que
reaccionan a las fuerzas externas.
A pesar de que cada fluido es único en términos de composición y atributos
específicos, hay varias propiedades que todos los fluidos comparten.
 Propiedades cinemáticas: Estas propiedades ayudan a comprender el movimiento de un
fluido. La velocidad y la aceleración de los fluidos son propiedades cinemáticas.
 Propiedades termodinámicas: Estas características ayudan a determinar el estado
termodinámico del fluido, son la temperatura, la densidad, la presión y la entalpía específica.
 Propiedades físicas: Las propiedades físicas ayudan a determinar el estado físico de
cualquier fluido, como el color y el olor.

24. Propiedades de los fluidos:
La Fuerza Y Masa
24
La compresión de las propiedades de los líquidos requiere una clara
diferenciación entre Masa y Peso:
Masa(m): Es la propiedad de un cuerpo de fluido que se mide por
su Inercia o Resistencia a un cambio de movimiento
Es también una medida de la Cantidad de fluido
Peso(W): Es la Cantidad que pesa un cuerpo, es decir, la Fuerza
con la cual el cuerpo es atraído hacia la Tierra por acción de la
Gravedad
El Peso y la Masa están relacionados a través de la ley de
gravedad de Newton W=mg y se mide en Newton (N)
 FUERZAS MASICAS: Dependen de la cantidad de materia del cuerpo y
actúa en su centro de gravedad.
 FUERZAS SUPERFICIALES: Actúan sobre la superficie del cuerpo.

25. Propiedades de los fluidos:
Intensivas, extensivas, especificas
25
Intensivas: No dependen de la Cantidad de la
sustanciapresente  no son propiedades Aditivas (Presión,
temperatura, Velocidad), son
independientes de la Masa del Sistema
Extensivas: Son dependientes de la Masa del Sistema
(cantidad de movimiento)
Especificas: Son Propiedades Intensivas que se obtienen
dividiendo una Propiedad Extensiva por Unidad de Masa
(Volumen especifico)
Propiedad: es una característica de una sustancia, la cual es
invariable cuando esta en un estado particular

26. Propiedades fundamentales de los
fluidos
26

27. Sistemas de medición
Las propiedades/magnitudes representan en forma MACROSCOPICA
las características MICROSCOPICAS.
Cada una de las Propiedades utilizadas en Mecánica está asociada con una
Dimensión Física

28. Sistemas de medición
SISTEMAS DE
MEDICION
L M F T
INGLES PIE SLUG LIBRAS SEG
INTERNACIONAL METROS KG NEW SEG
TECNICO METROS UTM KGF SEG
Varios textos de mecánica de fluidos utilizan el denominado sistema internacional
(SI).
Un ejemplo sencillo seria velocidad Expresada a travez der su formula
V=
𝑑
𝑡
=
𝐿
𝑇
= LT-1
Como ejercicio: Escriba las unidades de Densidad basándose en su formula 𝝆 =
𝒎
𝑽
:

29. Densidad
 La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro
cúbico y se denota con la letra griega Rho ( ρ).
 Las variaciones de la densidad y del volumen específico suelen
aparecer en tablas1 en función de la presión, sin embargo, a no ser
que se consideren presiones muy altas, el efecto de la presión
sobre la densidad suele carecer de importancia.
 Sin embargo, la temperatura si tiene una gran influencia sobre la
misma.
 Su unidad en SI es de kg/m3
 Para cuerpos homogéneos: 𝝆 =
𝒎
𝑽
29
La densidad de una sustancia es su masa por unidad de volumen, o
dicho de otra forma, la cantidad de masa contenida en un volumen.

30. 30
La densidad de un gas como el aire seco se puede estimar mediante
la ecuación de estado de gas ideal
donde:
ρ densidad (kg/m3)
p presión (Pa)
R: constante universal de los gases 8,31447 J/(mol.K)= 0.08205746 atm.l/(mol.K)
M: masa molecular del aire seco 28.966 x 10-3 kg/mol;
(R/M)aire seco 287.04 J/(kg. K)
T temperatura absoluta (T = tªC + 273.15)
Para estimar la densidad del aire húmedo se requiere conocer la
proporción de mezcla del aire seco y vapor de agua. El aire seco es
ligeramente mas denso que el aire húmedo a la misma presión y
temperatura. Ejercicio: dar una explicación de este hecho
Fuente del valor de R: http://physics.nist.gov/cgi-
bin/cuu/Value?r|search_for=gas+constant
Aire, Aire seco y Aire húmedo
p
R
T
M
 
 
 
 

31. Densidades de algunas sustancias
efg 31
Sustancia ρ (kg/m3).103 Sustancia ρ (kg/m3).103
Hielo 0,917 Agua 1,00
Aluminio 2,7 Glicerina 1,26
Acero 7,86 Alcohol etílico 0,806
Cobre 8,92 Benceno 0,879
Plata 10,5 Aire 1,29
Plomo 11,3 Oxigeno 1,43
Oro 19,3
Platino 21,4

32. 32
La densidad del agua a
4ºC es 1000 kg/m3 [1
kg/l] [1 g/cm3]
dV
dm


Temp
(°C)
Densidad
AGUA
(g/cm3)
30 0.9957
20 0.9982
10 0.9997
4 1.0000
0 0.9998
−10 0.9982
−20 0.9935
−30 0.9839
T ºC
Aire ρ
kg/m3
-25 1.423
-20 1.395
-15 1.368
-10 1.342
-5 1.316
0 1.293
5 1.269
10 1.247
15 1.225
20 1.204
25 1.184
30 1.164
35 1.146
Material
Densidad
(g/cm3)
Liquidos
Agua at 4 C 1.00
Agua a 20 C 0.998
Gasolina 0.70
Mercurio 13.6
Leche 1.03
Solidos
Magnesio 1.7
Aluminio 2.7
Cobre 8.3-9.0
Oro 19.3
Hierro 7.8
Plomo 11.3
Platino 21.4
Uranio 18.7
Osmio 22.5
Hielo a 0 C 0.92
Gases
Material
Densidad
(g/cm3)
Aire 0.001293
Carbon
dioxido 0.001977
Carbon
monoxido 0.00125
Hydrogeno 0.00009
Helio 0.000178
Nitrogeno 0.00125
La densidad del
Aire a 15°C y 1 Atm
de presión es de
1.225kg/m3
Densidades de algunas sustancias

33. Peso especifico
 Peso de la sustancia esta influenciado por la
Fuerza gravitacional
 Su unidad en SI es de N/m3 (lb/pie3)
𝞬 =
𝑾
𝑽
=
𝒎𝒈
𝑽
= ρg
W = es el peso de la sustancia
V = es el volumen que la sustancia ocupa
ρ= es la densidad de la sustancia g = es la gravedad
33
Peso especifico de una sustancia por unidad de volumen de
la misma

34. Volumen especifico
 En el sistema internacional de unidades se expresa
como m3 / kg
34
Volumen especifico Volumen ocupado por la unidad de
masa. Es el inverso de la densidad.
Gravedad especifica= La densidad relativa
 Es la cantidad que permite compara la densidad de unas
sustancias con la densidad del agua a 4°C(si es fluido es el
liquido) o aire en condiciones normales (si el fluido es gas)
 Su unidad en SI es de N/m3 (lb/pie3)
 La gravedad específica es adimensional y numéricamente
coincide con la densidad sus
r
w





35.  Densidad
 ρ=m/v → Líquidos, sólidos
 Peso específico
 γ=ρ*g → Líquidos, sólidos
 Volumen específico
 V=V/n →Gases, vapores
 V=V/m →Líquidos, sólidos
 V=1/ ρ
 Densidad relativa
 ρ= ρi/ ρH2O →Líquidos
 ρ= ρi/ ρH2,Aire →Gases, vapores
Resumiendo
ρi: densidad de la sustancia
ρH2O: densidad del agua
=1000Kg/m3=1g/ml
ρH2,Aire: densidad de
hidrogeno gaseoso ó del aire