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UNIDAD 1
Propiedades de los fluidos
08-05-2023
Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc
1
 Contenido
1.1. Definición de fluido
1.2. Propiedades termodinámicas de los fluidos: presión (de vapor), densidad
(peso específico), temperatura, viscosidad.
1.3. Fuerzas que actúan en el interior de un fluido: fuerza entre placa planas
(cortante), compresibilidad, tensión superficial, capilaridad, presión de vapor,
adherencia.
UNIDAD 1
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2
1.1. Definición de fluido
De acuerdo con el aspecto físico que tienen en la naturaleza, la materia se puede
clasificar en tres estados: sólido, líquido y gaseoso, de los cuales los dos últimos se
conocen como fluidos.
La diferencia esencial entre líquidos y gases son:
a) los líquidos son prácticamente incompresibles y los gases son compresibles, por lo
que en muchas ocasiones hay que tratarlos como tales.
b) los líquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres, mientras que una
masa dada de gas se expansiona hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo
contiene.
UNIDAD 1
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3
Los fluidos son sustancias capaces de fluir y que se adaptan a la forma de los
recipientes que los contienen; cuando están en equilibrio, los fluidos no pueden
soportar fuerzas tangenciales o cortantes. Todos los fluidos son compresibles
en cierto grado y ofrecen poca resistencia a los cambios de forma.
A diferencia de los sólidos, por su constitución molecular los fluidos pueden
cambiar continuamente las posiciones relativas de sus moléculas, sin ofrecer
gran resistencia al desplazamiento entre ellas, aun cuando este sea muy
grande.
UNIDAD 1
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4
Densidad
La densidad se define como masa por unidad de volumen.
1.2. Propiedades termodinámicas de los fluidos: presión (de
vapor), densidad (peso específico), temperatura, viscosidad.
UNIDAD 1
El recíproco de la densidad es el volumen específico v, el cual se define como
volumen por unidad de masa. Es decir, v = V/m = 1/ρ. Para un elemento
diferencial de volumen de masa γm y volumen γV, la densidad se puede
expresar como ρ = γ m/ γ V
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5
En general, la densidad de una sustancia depende de la temperatura y de la
presión. La densidad de la mayoría de los gases es proporcional a la presión e
inversamente proporcional a la temperatura. Por otro lado, los líquidos y sólidos
en esencia son sustancias incompresibles y la variación de su densidad con la
presión suele ser despreciable. Por ejemplo, a 20°C, la densidad del agua
cambia de 998 kg/m3 a 1 003 kg/m3, un cambio de sólo 0.5 porciento, lo cual
todavía se puede despreciar en muchos análisis de ingeniería.
UNIDAD 1
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6
Densidades en condiciones estándar de temperatura y presión.
UNIDAD 1
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7
Gravedad especifica o densidad relativa
Es la razón de la densidad de una sustancia a la densidad de alguna sustancia
estándar, a una temperatura especificada (por lo general, agua a 4°C, para la cual
ρH2 O = 1 000 kg/m3).
UNIDAD 1
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8
UNIDAD 1
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9
Densidad de los gases ideales
UNIDAD 1
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UNIDAD 1
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11
UNIDAD 1
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12
UNIDAD 1
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13
UNIDAD 1
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14
Ejercicio
Determine la densidad, la gravedad específica y la masa del aire en un cuarto cuyas
dimensiones son 4 m x 5 m x 6 a 100kPa y 25°C.
UNIDAD 1
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15
Solución
Deben determinarse la densidad, gravedad específica y la masa del aire que se
encuentra en el cuarto.
Hipótesis
A las condiciones especificadas, el aire se puede tratar como un gas ideal.
Propiedades
La constante del gas del aire es R=0.287kPa x m3/kg x K.
Análisis
La densidad del aire se determina con base a la relación del gas ideal
P= ρ RT
UNIDAD 1
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16
UNIDAD 1
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17
Presión (de vapor)
La presión de vapor Pv de una sustancia pura se define como la presión
ejercida por su vapor en equilibrio de fases con su líquido a una temperatura
dada.
Pv es una propiedad de la sustancia pura y resulta ser idéntica a la presión
de saturación Psat del líquido (Pv = Psat). Se debe tener cuidado en no
confundir la presión de vapor con la presión parcial. La presión parcial se
define como la presión de un gas o vapor en una mezcla con otros gases.
Por ejemplo, el aire atmosférico es una mezcla de aire seco y vapor de
agua, y la presión atmosférica es la suma de la presión parcial del aire seco y
la presión parcial del vapor de agua.
UNIDAD 1
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18
La presión parcial del vapor de agua constituye una fracción pequeña (por lo general,
menor de 3 por ciento) de la presión atmosférica, ya que el aire es en su mayor parte
nitrógeno y oxígeno. La presión parcial de un vapor debe ser menor que la presión de
vapor, o igual a ésta, si no hubiera líquido presente. Sin embargo, cuando están
presentes tanto el vapor y el líquido y el sistema está en equilibrio de fases, la presión
parcial del vapor debe ser igual a la presión de vapor y se dice que el sistema está
saturado. La rapidez de la evaporación desde masas abiertas de agua, como los lagos,
es controlada por la diferencia entre la presión de vapor y la presión parcial.
Por ejemplo, la presión de vapor del agua a 20°C es de 2.34 kPa; por lo tanto, un
cubo de agua a 20°C que se deje en un cuarto con aire seco a 1 atm continuará
evaporándose hasta que suceda una de dos cosas: el agua se evapora por completo
(no hay suficiente agua como para establecer el equilibrio de fases en el cuarto), o la
evaporación se detiene cuando la presión parcial del vapor de agua en el cuarto se
eleva hasta 2.34 kPa, punto en el que se establece el equilibrio de fases.
UNIDAD 1
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19
La razón del interés en la presión de vapor es la posibilidad de caída de la presión del líquido, en
los sistemas de flujo de líquidos, por abajo de la presión de vapor en algunos lugares y la
vaporización resultante no planeada.
Por ejemplo, el agua a 10°C se evaporará de manera instantánea y formará burbujas en los
lugares (como las regiones de las puntas o los lados de succión de las aspas de las bombas) donde
la presión cae por abajo de 1.23 kPa. Las burbujas de vapor (llamadas burbujas de cavitación
debido a que forman “cavidades” en el líquido) se desintegran conforme son barridas hacia fuera de
las regiones de baja presión, con lo que se generan ondas de alta presión extremadamente
destructivas. Este fenómeno, que es causa común de caída en el rendimiento e inclusive de la
erosión de las aspas del impulsor, se llama cavitación, y constituye una consideración importante
en el diseño de las turbinas y bombas hidráulicas.
UNIDAD 1
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20
La cavitación debe evitarse (o al menos minimizarse) en los sistemas de flujo,
porque reduce el rendimiento, genera vibraciones y ruido molestos, y daña al
equipo. Las puntas de presión resultantes del gran número de burbujas que se
desintegran cerca de la superficie sólida durante un periodo largo pueden
causar erosión, picadura de la superficie, falla por fatiga y la destrucción
eventual de los componentes o la maquinaria. Se puede detectar la
presencia de la cavitación en un sistema de flujo por su sonido característico
de traquetear.
UNIDAD 1
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21
Ejercicio
En un sistema de distribución de agua, se observa que la temperatura de
ésta es de aproximadamente 30°C. Determine la presión mínima admisible
en el sistema para evitar la cavitación.
UNIDAD 1
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22
Solución
Debe determinarse la presión mínima en un sistema de distribución de agua, para
evitar la cavitación.
Propiedades
La presión de vapor del agua a 30°C es de 4.25 kPa.
Análisis
Para evitar la cavitación, no debe permitirse que la presión en cualquier punto en el
flujo caiga por abajo de la presión de vapor (o de saturación) a la temperatura dada;
es decir:
La presión debe de mantenerse arriba de 4.25 kPa en todo punto en el flujo.
La presión de vapor se incrementa cuando aumenta la temperatura y, en
consecuencia, el riesgo de cavitación es mayor a temperaturas más altas del fluido.
UNIDAD 1
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23
UNIDAD 1
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24
Temperatura
La temperatura está relacionada con el nivel de energía interna del fluido. Puede
variar de manera considerable durante el flujo compresible de un gas.
En el SI la escala de temperatura termodinámica es la escala Kelvin, y, en ella, la
unidad de temperatura es el kelvin, K.
En el sistema inglés, es la escala Rankine, y su unidad de temperatura es el
rankine, R. Las diversas escalas de temperatura se interrelacionan por:
T(K) = T(°C) + 273.15
T(R) = T(°F) + 459.67
Es práctica común redondear las constantes 273.15 y 459.67 a 273 y 460,
respectivamente.
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25
Viscosidad
Cuando dos cuerpos sólidos en contacto se mueven uno con respecto al otro, se crea
una fuerza de fricción en la superficie de contacto en la dirección opuesta al
movimiento.
Por ejemplo, para mover una mesa sobre el piso, se le debe aplicar una fuerza en
dirección horizontal, suficientemente grande como para vencer la fricción. La
magnitud de la fuerza necesaria para mover la mesa depende del coeficiente de
fricción entre la mesa y el piso.
UNIDAD 1
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26
La situación es semejante cuando un fluido se mueve con respecto a un sólido o
cuando dos fluidos se mueven uno con respecto al otro. Es posible moverse con
relativa facilidad en el aire, pero no en el agua.
Moverse en aceite sería inclusive más difícil, como se puede observar por el
movimiento muy lento hacia abajo de una bola de vidrio que se deja caer en un
tubo lleno con aceite. Parece que existe una propiedad que representa la
resistencia interna de un fluido al movimiento o la “fluidez”, y esa propiedad es la
viscosidad. La fuerza que un fluido fluyente ejerce sobre un cuerpo en la dirección
del flujo se llama fuerza de arrastre, y la magnitud de ésta depende, en parte, de
la viscosidad
UNIDAD 1
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27
Para obtener una relación para la viscosidad, considérese una capa de fluido
entre dos placas paralelas muy grandes (o, lo que es equivalente, dos placas
paralelas sumergidas en una gran masa de fluido) separadas por una
distancia.
Ahora se aplica una fuerza paralela constante F a la placa superior, en tanto
que la placa inferior se mantiene fija. Después de los efectos transitorios
iniciales, se observa que la placa superior se mueve de manera continua,
bajo la influencia de esta fuerza, a una velocidad constante V. El fluido, en
contacto con la placa superior, se pega a la superficie de ésta y se mueve
con ella a la misma velocidad, y el esfuerzo cortante τ que actúa sobre esta
capa de fluido es:
UNIDAD 1
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28
La viscosidad de un fluido es una medida de su “resistencia a la deformación”.
La viscosidad se debe a la fuerza de fricción interna que se desarrolla entre las
diferentes capas de los fluidos a medida que se obligan a moverse una con relación
a las otras. En los líquidos, la viscosidad se origina por las fuerzas de cohesión
entre las moléculas mientras que en los gases por las colisiones moleculares,
además de que ésta varía mucho con la temperatura. La viscosidad de los líquidos
decrece con la temperatura, en tanto que la de los gases se incrementa gracias a
ella.
UNIDAD 1
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29
Esto se debe a que, en un líquido, las moléculas poseen más energía a
temperaturas más elevadas y se pueden oponer con mayor fuerza a las grandes
fuerzas de cohesión intermoleculares. Como resultado, las moléculas
energizadas de los líquidos se pueden mover con mayor libertad.
Por otro lado, en un gas las fuerzas intermoleculares son despreciables y a
temperaturas elevadas las moléculas de los gases se mueven en forma aleatoria a
velocidades más altas. Esto conduce a que se produzcan más colisiones
moleculares por unidad de volumen por unidad de tiempo y, en consecuencia, en
una mayor resistencia al flujo. La viscosidad de un fluido está relacionada en
forma directa con la potencia de bombeo que se necesita para transportar un fluido
en un tubo o para mover un cuerpo (como un automóvil en el aire o un submarino en
el mar) a través de un fluido.
UNIDAD 1
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30
UNIDAD 1
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31
UNIDAD 1
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32
Para los líquidos, la viscosidad se expresa en forma aproximada como:
UNIDAD 1
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33
UNIDAD 1
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34
Taller # 1
Parte teórica
 Explique con sus palabras que es un fluido
 Indique las propiedades termodinámicas de los fluidos
 Defina por lo menos 2 propiedades
 En general de que depende la densidad de los fluidos
Ejercicios
Se tiene un fluido con una masa de 5500gramos y cuentas con las siguientes
dimensiones: ancho 1.20m, largo 1.40m y su altura 2.00m
Determine:
Densidad del fluido y su gravedad especifica
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35
Indique cual es la densidad y la gravedad especifica de los siguientes fluidos:
 Agua
 Aceite
 Glicerina
Explique con sus palabras la siguiente gráfica de temperatura vs viscosidad
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36
 https://www.youtube.com/watch?v=h61MmLNMz0A
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37
Densidad de los siguientes fluidos:
Agua
Aceite
Glicerina
1.3. Fuerzas que actúan en el interior de un fluido: fuerza entre placa
planas (cortante), compresibilidad, tensión superficial, capilaridad,
presión de vapor, adherencia.
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38
UNIDAD 1
Tensión Superficial
A menudo se observa que una gota de sangre forma una joroba sobre un vidrio
horizontal; una gota de mercurio forma una esfera casi perfecta y se puede
hacer rodar del mismo modo que una bola de acero, sobre una superficie lisa;
las gotas de agua de la lluvia o del rocío se cuelgan de las ramas o de las hojas
de los árboles; un combustible líquido inyectado en un motor forma una niebla
de gotas esféricas; el agua que gotea de un grifo con fuga cae como gotas
esféricas; una pompa de jabón que se lanza al aire toma una forma esférica, y el
agua forma pequeñas gotas sobre los pétalos de las flores.
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39
UNIDAD 1
Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc
40
UNIDAD 1
En estas y otras observaciones, las gotas de líquido se comportan como
pequeños globos esféricos llenos con ese líquido y su superficie actúa como una
membrana elástica estirada sometida a tensión. La fuerza de tracción que causa
esta tensión actúa paralela a la superficie y se debe a las fuerzas de atracción
entre las moléculas del líquido. La magnitud de esta fuerza por unidad de
longitud se llama tensión superficial σs y se expresa en la unidad N/m (o lbf/ft en
las unidades inglesas). Este efecto también se conoce como energía superficial y
se expresa en la unidad equivalente de N m/m2 o J/m2. En este caso, σs
representa el trabajo de estiramiento que se necesita para hacer que aumente el
área superficial del líquido en una cantidad unitaria.
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41
UNIDAD 1
Para visualizar cómo surge la tensión superficial, en la figura a se presenta
una vista microscópica donde se consideran dos moléculas de líquido, una
en la superficie y la otra a profundidad en la masa del líquido.
Figura a
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42
UNIDAD 1
Las fuerzas de atracción que se aplican sobre la molécula interior por las
moléculas que la rodean se equilibran entre sí debido a la simetría. Pero
las fuerzas de atracción que actúan sobre la molécula en la superficie no
son simétricas y las fuerzas de atracción que se aplican por las moléculas
de gas que están arriba suelen ser muy pequeñas. Por lo tanto, existe una
fuerza de atracción neta que actúa sobre la molécula en la superficie del
líquido, la cual tiende a jalar de las moléculas que están en la superficie
hacia el interior del líquido. Esta fuerza se equilibra por las fuerzas de
repulsión provenientes de las moléculas que están debajo de la superficie
y que están siendo comprimidas. El efecto de compresión resultante hace
que el líquido minimice su área superficial. Esta es la razón de la
tendencia de las gotas de líquido de alcanzar una forma esférica, la cual
tiene el área superficial mínima para un volumen dado.
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43
UNIDAD 1
Para comprender mejor el efecto de la tensión superficial, considérese una
película de líquido (como la película de una pompa de jabón) suspendida de un
marco de alambre en forma de U, con un lado movible (Fig. b).
Figur b
Estiramiento de una película de líquido con un alambre en forma de U y las fuerzas que
actúan en el alambre movible de longitud b.
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44
UNIDAD 1
Normalmente, la película de líquido tiende a jalar del alambre movible hacia
dentro, para minimizar su área superficial. Necesita aplicarse una fuerza F sobre
ese alambre movible, en la dirección opuesta, para equilibrar este efecto de
tirón. La delgada película que está en el aparato tiene dos superficies (la
superior y la inferior) expuestas al aire, y por lo tanto, la longitud a lo largo de la
cual actúa en este caso es 2b. Entonces, un equilibrio de fuerzas sobre el
alambre movible da F = 2bσs, y de este modo, la tensión superficial se puede
expresar como:
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UNIDAD 1
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46
UNIDAD 1
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47
UNIDAD 1
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UNIDAD 1
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UNIDAD 1
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UNIDAD 1
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UNIDAD 1
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UNIDAD 1
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53
UNIDAD 1
Efecto de capilaridad
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54
UNIDAD 1
Otra consecuencia interesante de la tensión superficial es el efecto de
capilaridad, el cual es el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de
diámetro pequeño insertado en un líquido. Esos tubos angostos o canales de
flujo confinado se llaman capilares. El ascenso del queroseno por una mecha de
algodón insertada en el recipiente de una lámpara con este combustible se
debe a este efecto.
El efecto de capilaridad también es parcialmente causante del ascenso del agua
hasta la punta de los árboles altos. La superficie libre curva de un líquido en un
tubo capilar se llama menisco.
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UNIDAD 1
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56
UNIDAD 1
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UNIDAD 1
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UNIDAD 1
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59
UNIDAD 1
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60
UNIDAD 1
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61
UNIDAD 1
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62
UNIDAD 1
Ejercicio de aplicación
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63
UNIDAD 1
Ascenso por capilaridad del agua en un tubo
Se inserta un tubo de vidrio de 0.6 mm de diámetro en agua a 20°C que está en una copa.
Determine el ascenso por capilaridad del agua en el tubo.
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64
UNIDAD 1
Solución:
Debe determinarse el ascenso del agua en un tubo delgado, como resultado del
efecto de capilaridad.
Hipótesis
1 No hay impurezas en el agua ni contaminación sobre la superficie del tubo de
vidrio.
2 El experimento se realiza en aire atmosférico.
Propiedades:
La tensión superficial del agua a 20°C es de 0.073 N/m. El ángulo de contacto del
agua con el vidrio es de 0°. Se toma la densidad del agua líquida a 1 000 kg/m3.
Análisis
El ascenso por capilaridad se determina en forma directa a partir de la ecuación:
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65
UNIDAD 1
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66
UNIDAD 1
Por lo tanto, el agua asciende en el tubo 5 cm hacia arriba del nivel del líquido en la copa.
Tarea 1
 Qué es un fluido Newtoniano?
 Qué es un fluido no Newtoniano?
 Indique la diferencia de un fluido Newtoniano y un fluido no Newtoniano
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67
Presión (de vapor)
La presión de vapor Pv de una sustancia pura se define como la presión
ejercida por su vapor en equilibrio de fases con su líquido a una temperatura
dada.
Pv es una propiedad de la sustancia pura y resulta ser idéntica a la presión
de saturación Psat del líquido (Pv = Psat). Se debe tener cuidado en no
confundir la presión de vapor con la presión parcial. La presión parcial se
define como la presión de un gas o vapor en una mezcla con otros gases.
Por ejemplo, el aire atmosférico es una mezcla de aire seco y vapor de
agua, y la presión atmosférica es la suma de la presión parcial del aire seco y
la presión parcial del vapor de agua.
UNIDAD 1
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68
La presión parcial del vapor de agua constituye una fracción pequeña (por lo general,
menor de 3 por ciento) de la presión atmosférica, ya que el aire es en su mayor parte
nitrógeno y oxígeno. La presión parcial de un vapor debe ser menor que la presión de
vapor, o igual a ésta, si no hubiera líquido presente. Sin embargo, cuando están
presentes tanto el vapor y el líquido y el sistema está en equilibrio de fases, la presión
parcial del vapor debe ser igual a la presión de vapor y se dice que el sistema está
saturado. La rapidez de la evaporación desde masas abiertas de agua, como los lagos,
es controlada por la diferencia entre la presión de vapor y la presión parcial.
Por ejemplo, la presión de vapor del agua a 20°C es de 2.34 kPa; por lo tanto, un
cubo de agua a 20°C que se deje en un cuarto con aire seco a 1 atm continuará
evaporándose hasta que suceda una de dos cosas: el agua se evapora por completo
(no hay suficiente agua como para establecer el equilibrio de fases en el cuarto), o la
evaporación se detiene cuando la presión parcial del vapor de agua en el cuarto se
eleva hasta 2.34 kPa, punto en el que se establece el equilibrio de fases.
UNIDAD 1
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69
La razón del interés en la presión de vapor es la posibilidad de caída de la presión del líquido, en
los sistemas de flujo de líquidos, por abajo de la presión de vapor en algunos lugares y la
vaporización resultante no planeada.
Por ejemplo, el agua a 10°C se evaporará de manera instantánea y formará burbujas en los
lugares (como las regiones de las puntas o los lados de succión de las aspas de las bombas) donde
la presión cae por abajo de 1.23 kPa. Las burbujas de vapor (llamadas burbujas de cavitación
debido a que forman “cavidades” en el líquido) se desintegran conforme son barridas hacia fuera de
las regiones de baja presión, con lo que se generan ondas de alta presión extremadamente
destructivas. Este fenómeno, que es causa común de caída en el rendimiento e inclusive de la
erosión de las aspas del impulsor, se llama cavitación, y constituye una consideración importante
en el diseño de las turbinas y bombas hidráulicas.
UNIDAD 1
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70
La cavitación debe evitarse (o al menos minimizarse) en los sistemas de flujo,
porque reduce el rendimiento, genera vibraciones y ruido molestos, y daña al
equipo. Las puntas de presión resultantes del gran número de burbujas que se
desintegran cerca de la superficie sólida durante un periodo largo pueden
causar erosión, picadura de la superficie, falla por fatiga y la destrucción
eventual de los componentes o la maquinaria. Se puede detectar la
presencia de la cavitación en un sistema de flujo por su sonido característico
de traquetear.
UNIDAD 1
Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc
71
Ejercicio
En un sistema de distribución de agua, se observa que la temperatura de
ésta es de aproximadamente 30°C. Determine la presión mínima admisible
en el sistema para evitar la cavitación.
UNIDAD 1
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72
Solución
Debe determinarse la presión mínima en un sistema de distribución de agua, para
evitar la cavitación.
Propiedades
La presión de vapor del agua a 30°C es de 4.25 kPa.
Análisis
Para evitar la cavitación, no debe permitirse que la presión en cualquier punto en el
flujo caiga por abajo de la presión de vapor (o de saturación) a la temperatura dada;
es decir:
La presión debe de mantenerse arriba de 4.25 kPa en todo punto en el flujo.
La presión de vapor se incrementa cuando aumenta la temperatura y, en
consecuencia, el riesgo de cavitación es mayor a temperaturas más altas del fluido.
UNIDAD 1
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UNIDAD 1
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74
Investigación
Fuerzas que actúan en el interior de un fluido:
 Fuerza entre placa planas (cortante)
 Compresibilidad
 Adherencia.
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75
UNIDAD 1

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  • 1. UNIDAD 1 Propiedades de los fluidos 08-05-2023 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 1
  • 2.  Contenido 1.1. Definición de fluido 1.2. Propiedades termodinámicas de los fluidos: presión (de vapor), densidad (peso específico), temperatura, viscosidad. 1.3. Fuerzas que actúan en el interior de un fluido: fuerza entre placa planas (cortante), compresibilidad, tensión superficial, capilaridad, presión de vapor, adherencia. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 2
  • 3. 1.1. Definición de fluido De acuerdo con el aspecto físico que tienen en la naturaleza, la materia se puede clasificar en tres estados: sólido, líquido y gaseoso, de los cuales los dos últimos se conocen como fluidos. La diferencia esencial entre líquidos y gases son: a) los líquidos son prácticamente incompresibles y los gases son compresibles, por lo que en muchas ocasiones hay que tratarlos como tales. b) los líquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres, mientras que una masa dada de gas se expansiona hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo contiene. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 3
  • 4. Los fluidos son sustancias capaces de fluir y que se adaptan a la forma de los recipientes que los contienen; cuando están en equilibrio, los fluidos no pueden soportar fuerzas tangenciales o cortantes. Todos los fluidos son compresibles en cierto grado y ofrecen poca resistencia a los cambios de forma. A diferencia de los sólidos, por su constitución molecular los fluidos pueden cambiar continuamente las posiciones relativas de sus moléculas, sin ofrecer gran resistencia al desplazamiento entre ellas, aun cuando este sea muy grande. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 4
  • 5. Densidad La densidad se define como masa por unidad de volumen. 1.2. Propiedades termodinámicas de los fluidos: presión (de vapor), densidad (peso específico), temperatura, viscosidad. UNIDAD 1 El recíproco de la densidad es el volumen específico v, el cual se define como volumen por unidad de masa. Es decir, v = V/m = 1/ρ. Para un elemento diferencial de volumen de masa γm y volumen γV, la densidad se puede expresar como ρ = γ m/ γ V Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 5
  • 6. En general, la densidad de una sustancia depende de la temperatura y de la presión. La densidad de la mayoría de los gases es proporcional a la presión e inversamente proporcional a la temperatura. Por otro lado, los líquidos y sólidos en esencia son sustancias incompresibles y la variación de su densidad con la presión suele ser despreciable. Por ejemplo, a 20°C, la densidad del agua cambia de 998 kg/m3 a 1 003 kg/m3, un cambio de sólo 0.5 porciento, lo cual todavía se puede despreciar en muchos análisis de ingeniería. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 6
  • 7. Densidades en condiciones estándar de temperatura y presión. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 7
  • 8. Gravedad especifica o densidad relativa Es la razón de la densidad de una sustancia a la densidad de alguna sustancia estándar, a una temperatura especificada (por lo general, agua a 4°C, para la cual ρH2 O = 1 000 kg/m3). UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 8
  • 9. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 9
  • 10. Densidad de los gases ideales UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 10
  • 11. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 11
  • 12. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 12
  • 13. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 13
  • 14. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 14
  • 15. Ejercicio Determine la densidad, la gravedad específica y la masa del aire en un cuarto cuyas dimensiones son 4 m x 5 m x 6 a 100kPa y 25°C. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 15
  • 16. Solución Deben determinarse la densidad, gravedad específica y la masa del aire que se encuentra en el cuarto. Hipótesis A las condiciones especificadas, el aire se puede tratar como un gas ideal. Propiedades La constante del gas del aire es R=0.287kPa x m3/kg x K. Análisis La densidad del aire se determina con base a la relación del gas ideal P= ρ RT UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 16
  • 17. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 17
  • 18. Presión (de vapor) La presión de vapor Pv de una sustancia pura se define como la presión ejercida por su vapor en equilibrio de fases con su líquido a una temperatura dada. Pv es una propiedad de la sustancia pura y resulta ser idéntica a la presión de saturación Psat del líquido (Pv = Psat). Se debe tener cuidado en no confundir la presión de vapor con la presión parcial. La presión parcial se define como la presión de un gas o vapor en una mezcla con otros gases. Por ejemplo, el aire atmosférico es una mezcla de aire seco y vapor de agua, y la presión atmosférica es la suma de la presión parcial del aire seco y la presión parcial del vapor de agua. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 18
  • 19. La presión parcial del vapor de agua constituye una fracción pequeña (por lo general, menor de 3 por ciento) de la presión atmosférica, ya que el aire es en su mayor parte nitrógeno y oxígeno. La presión parcial de un vapor debe ser menor que la presión de vapor, o igual a ésta, si no hubiera líquido presente. Sin embargo, cuando están presentes tanto el vapor y el líquido y el sistema está en equilibrio de fases, la presión parcial del vapor debe ser igual a la presión de vapor y se dice que el sistema está saturado. La rapidez de la evaporación desde masas abiertas de agua, como los lagos, es controlada por la diferencia entre la presión de vapor y la presión parcial. Por ejemplo, la presión de vapor del agua a 20°C es de 2.34 kPa; por lo tanto, un cubo de agua a 20°C que se deje en un cuarto con aire seco a 1 atm continuará evaporándose hasta que suceda una de dos cosas: el agua se evapora por completo (no hay suficiente agua como para establecer el equilibrio de fases en el cuarto), o la evaporación se detiene cuando la presión parcial del vapor de agua en el cuarto se eleva hasta 2.34 kPa, punto en el que se establece el equilibrio de fases. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 19
  • 20. La razón del interés en la presión de vapor es la posibilidad de caída de la presión del líquido, en los sistemas de flujo de líquidos, por abajo de la presión de vapor en algunos lugares y la vaporización resultante no planeada. Por ejemplo, el agua a 10°C se evaporará de manera instantánea y formará burbujas en los lugares (como las regiones de las puntas o los lados de succión de las aspas de las bombas) donde la presión cae por abajo de 1.23 kPa. Las burbujas de vapor (llamadas burbujas de cavitación debido a que forman “cavidades” en el líquido) se desintegran conforme son barridas hacia fuera de las regiones de baja presión, con lo que se generan ondas de alta presión extremadamente destructivas. Este fenómeno, que es causa común de caída en el rendimiento e inclusive de la erosión de las aspas del impulsor, se llama cavitación, y constituye una consideración importante en el diseño de las turbinas y bombas hidráulicas. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 20
  • 21. La cavitación debe evitarse (o al menos minimizarse) en los sistemas de flujo, porque reduce el rendimiento, genera vibraciones y ruido molestos, y daña al equipo. Las puntas de presión resultantes del gran número de burbujas que se desintegran cerca de la superficie sólida durante un periodo largo pueden causar erosión, picadura de la superficie, falla por fatiga y la destrucción eventual de los componentes o la maquinaria. Se puede detectar la presencia de la cavitación en un sistema de flujo por su sonido característico de traquetear. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 21
  • 22. Ejercicio En un sistema de distribución de agua, se observa que la temperatura de ésta es de aproximadamente 30°C. Determine la presión mínima admisible en el sistema para evitar la cavitación. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 22
  • 23. Solución Debe determinarse la presión mínima en un sistema de distribución de agua, para evitar la cavitación. Propiedades La presión de vapor del agua a 30°C es de 4.25 kPa. Análisis Para evitar la cavitación, no debe permitirse que la presión en cualquier punto en el flujo caiga por abajo de la presión de vapor (o de saturación) a la temperatura dada; es decir: La presión debe de mantenerse arriba de 4.25 kPa en todo punto en el flujo. La presión de vapor se incrementa cuando aumenta la temperatura y, en consecuencia, el riesgo de cavitación es mayor a temperaturas más altas del fluido. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 23
  • 24. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 24
  • 25. Temperatura La temperatura está relacionada con el nivel de energía interna del fluido. Puede variar de manera considerable durante el flujo compresible de un gas. En el SI la escala de temperatura termodinámica es la escala Kelvin, y, en ella, la unidad de temperatura es el kelvin, K. En el sistema inglés, es la escala Rankine, y su unidad de temperatura es el rankine, R. Las diversas escalas de temperatura se interrelacionan por: T(K) = T(°C) + 273.15 T(R) = T(°F) + 459.67 Es práctica común redondear las constantes 273.15 y 459.67 a 273 y 460, respectivamente. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 25
  • 26. Viscosidad Cuando dos cuerpos sólidos en contacto se mueven uno con respecto al otro, se crea una fuerza de fricción en la superficie de contacto en la dirección opuesta al movimiento. Por ejemplo, para mover una mesa sobre el piso, se le debe aplicar una fuerza en dirección horizontal, suficientemente grande como para vencer la fricción. La magnitud de la fuerza necesaria para mover la mesa depende del coeficiente de fricción entre la mesa y el piso. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 26
  • 27. La situación es semejante cuando un fluido se mueve con respecto a un sólido o cuando dos fluidos se mueven uno con respecto al otro. Es posible moverse con relativa facilidad en el aire, pero no en el agua. Moverse en aceite sería inclusive más difícil, como se puede observar por el movimiento muy lento hacia abajo de una bola de vidrio que se deja caer en un tubo lleno con aceite. Parece que existe una propiedad que representa la resistencia interna de un fluido al movimiento o la “fluidez”, y esa propiedad es la viscosidad. La fuerza que un fluido fluyente ejerce sobre un cuerpo en la dirección del flujo se llama fuerza de arrastre, y la magnitud de ésta depende, en parte, de la viscosidad UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 27
  • 28. Para obtener una relación para la viscosidad, considérese una capa de fluido entre dos placas paralelas muy grandes (o, lo que es equivalente, dos placas paralelas sumergidas en una gran masa de fluido) separadas por una distancia. Ahora se aplica una fuerza paralela constante F a la placa superior, en tanto que la placa inferior se mantiene fija. Después de los efectos transitorios iniciales, se observa que la placa superior se mueve de manera continua, bajo la influencia de esta fuerza, a una velocidad constante V. El fluido, en contacto con la placa superior, se pega a la superficie de ésta y se mueve con ella a la misma velocidad, y el esfuerzo cortante τ que actúa sobre esta capa de fluido es: UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 28
  • 29. La viscosidad de un fluido es una medida de su “resistencia a la deformación”. La viscosidad se debe a la fuerza de fricción interna que se desarrolla entre las diferentes capas de los fluidos a medida que se obligan a moverse una con relación a las otras. En los líquidos, la viscosidad se origina por las fuerzas de cohesión entre las moléculas mientras que en los gases por las colisiones moleculares, además de que ésta varía mucho con la temperatura. La viscosidad de los líquidos decrece con la temperatura, en tanto que la de los gases se incrementa gracias a ella. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 29
  • 30. Esto se debe a que, en un líquido, las moléculas poseen más energía a temperaturas más elevadas y se pueden oponer con mayor fuerza a las grandes fuerzas de cohesión intermoleculares. Como resultado, las moléculas energizadas de los líquidos se pueden mover con mayor libertad. Por otro lado, en un gas las fuerzas intermoleculares son despreciables y a temperaturas elevadas las moléculas de los gases se mueven en forma aleatoria a velocidades más altas. Esto conduce a que se produzcan más colisiones moleculares por unidad de volumen por unidad de tiempo y, en consecuencia, en una mayor resistencia al flujo. La viscosidad de un fluido está relacionada en forma directa con la potencia de bombeo que se necesita para transportar un fluido en un tubo o para mover un cuerpo (como un automóvil en el aire o un submarino en el mar) a través de un fluido. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 30
  • 31. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 31
  • 32. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 32
  • 33. Para los líquidos, la viscosidad se expresa en forma aproximada como: UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 33
  • 34. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 34
  • 35. Taller # 1 Parte teórica  Explique con sus palabras que es un fluido  Indique las propiedades termodinámicas de los fluidos  Defina por lo menos 2 propiedades  En general de que depende la densidad de los fluidos Ejercicios Se tiene un fluido con una masa de 5500gramos y cuentas con las siguientes dimensiones: ancho 1.20m, largo 1.40m y su altura 2.00m Determine: Densidad del fluido y su gravedad especifica Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 35
  • 36. Indique cual es la densidad y la gravedad especifica de los siguientes fluidos:  Agua  Aceite  Glicerina Explique con sus palabras la siguiente gráfica de temperatura vs viscosidad Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 36
  • 37.  https://www.youtube.com/watch?v=h61MmLNMz0A Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 37 Densidad de los siguientes fluidos: Agua Aceite Glicerina
  • 38. 1.3. Fuerzas que actúan en el interior de un fluido: fuerza entre placa planas (cortante), compresibilidad, tensión superficial, capilaridad, presión de vapor, adherencia. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 38 UNIDAD 1 Tensión Superficial A menudo se observa que una gota de sangre forma una joroba sobre un vidrio horizontal; una gota de mercurio forma una esfera casi perfecta y se puede hacer rodar del mismo modo que una bola de acero, sobre una superficie lisa; las gotas de agua de la lluvia o del rocío se cuelgan de las ramas o de las hojas de los árboles; un combustible líquido inyectado en un motor forma una niebla de gotas esféricas; el agua que gotea de un grifo con fuga cae como gotas esféricas; una pompa de jabón que se lanza al aire toma una forma esférica, y el agua forma pequeñas gotas sobre los pétalos de las flores.
  • 39. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 39 UNIDAD 1
  • 40. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 40 UNIDAD 1 En estas y otras observaciones, las gotas de líquido se comportan como pequeños globos esféricos llenos con ese líquido y su superficie actúa como una membrana elástica estirada sometida a tensión. La fuerza de tracción que causa esta tensión actúa paralela a la superficie y se debe a las fuerzas de atracción entre las moléculas del líquido. La magnitud de esta fuerza por unidad de longitud se llama tensión superficial σs y se expresa en la unidad N/m (o lbf/ft en las unidades inglesas). Este efecto también se conoce como energía superficial y se expresa en la unidad equivalente de N m/m2 o J/m2. En este caso, σs representa el trabajo de estiramiento que se necesita para hacer que aumente el área superficial del líquido en una cantidad unitaria.
  • 41. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 41 UNIDAD 1 Para visualizar cómo surge la tensión superficial, en la figura a se presenta una vista microscópica donde se consideran dos moléculas de líquido, una en la superficie y la otra a profundidad en la masa del líquido. Figura a
  • 42. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 42 UNIDAD 1 Las fuerzas de atracción que se aplican sobre la molécula interior por las moléculas que la rodean se equilibran entre sí debido a la simetría. Pero las fuerzas de atracción que actúan sobre la molécula en la superficie no son simétricas y las fuerzas de atracción que se aplican por las moléculas de gas que están arriba suelen ser muy pequeñas. Por lo tanto, existe una fuerza de atracción neta que actúa sobre la molécula en la superficie del líquido, la cual tiende a jalar de las moléculas que están en la superficie hacia el interior del líquido. Esta fuerza se equilibra por las fuerzas de repulsión provenientes de las moléculas que están debajo de la superficie y que están siendo comprimidas. El efecto de compresión resultante hace que el líquido minimice su área superficial. Esta es la razón de la tendencia de las gotas de líquido de alcanzar una forma esférica, la cual tiene el área superficial mínima para un volumen dado.
  • 43. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 43 UNIDAD 1 Para comprender mejor el efecto de la tensión superficial, considérese una película de líquido (como la película de una pompa de jabón) suspendida de un marco de alambre en forma de U, con un lado movible (Fig. b). Figur b Estiramiento de una película de líquido con un alambre en forma de U y las fuerzas que actúan en el alambre movible de longitud b.
  • 44. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 44 UNIDAD 1 Normalmente, la película de líquido tiende a jalar del alambre movible hacia dentro, para minimizar su área superficial. Necesita aplicarse una fuerza F sobre ese alambre movible, en la dirección opuesta, para equilibrar este efecto de tirón. La delgada película que está en el aparato tiene dos superficies (la superior y la inferior) expuestas al aire, y por lo tanto, la longitud a lo largo de la cual actúa en este caso es 2b. Entonces, un equilibrio de fuerzas sobre el alambre movible da F = 2bσs, y de este modo, la tensión superficial se puede expresar como:
  • 45. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 45 UNIDAD 1
  • 46. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 46 UNIDAD 1
  • 47. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 47 UNIDAD 1
  • 48. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 48 UNIDAD 1
  • 49. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 49 UNIDAD 1
  • 50. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 50 UNIDAD 1
  • 51. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 51 UNIDAD 1
  • 52. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 52 UNIDAD 1
  • 53. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 53 UNIDAD 1
  • 54. Efecto de capilaridad Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 54 UNIDAD 1 Otra consecuencia interesante de la tensión superficial es el efecto de capilaridad, el cual es el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de diámetro pequeño insertado en un líquido. Esos tubos angostos o canales de flujo confinado se llaman capilares. El ascenso del queroseno por una mecha de algodón insertada en el recipiente de una lámpara con este combustible se debe a este efecto. El efecto de capilaridad también es parcialmente causante del ascenso del agua hasta la punta de los árboles altos. La superficie libre curva de un líquido en un tubo capilar se llama menisco.
  • 55. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 55 UNIDAD 1
  • 56. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 56 UNIDAD 1
  • 57. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 57 UNIDAD 1
  • 58. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 58 UNIDAD 1
  • 59. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 59 UNIDAD 1
  • 60. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 60 UNIDAD 1
  • 61. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 61 UNIDAD 1
  • 62. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 62 UNIDAD 1
  • 63. Ejercicio de aplicación Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 63 UNIDAD 1 Ascenso por capilaridad del agua en un tubo Se inserta un tubo de vidrio de 0.6 mm de diámetro en agua a 20°C que está en una copa. Determine el ascenso por capilaridad del agua en el tubo.
  • 64. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 64 UNIDAD 1 Solución: Debe determinarse el ascenso del agua en un tubo delgado, como resultado del efecto de capilaridad. Hipótesis 1 No hay impurezas en el agua ni contaminación sobre la superficie del tubo de vidrio. 2 El experimento se realiza en aire atmosférico. Propiedades: La tensión superficial del agua a 20°C es de 0.073 N/m. El ángulo de contacto del agua con el vidrio es de 0°. Se toma la densidad del agua líquida a 1 000 kg/m3. Análisis El ascenso por capilaridad se determina en forma directa a partir de la ecuación:
  • 65. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 65 UNIDAD 1
  • 66. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 66 UNIDAD 1 Por lo tanto, el agua asciende en el tubo 5 cm hacia arriba del nivel del líquido en la copa.
  • 67. Tarea 1  Qué es un fluido Newtoniano?  Qué es un fluido no Newtoniano?  Indique la diferencia de un fluido Newtoniano y un fluido no Newtoniano Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 67
  • 68. Presión (de vapor) La presión de vapor Pv de una sustancia pura se define como la presión ejercida por su vapor en equilibrio de fases con su líquido a una temperatura dada. Pv es una propiedad de la sustancia pura y resulta ser idéntica a la presión de saturación Psat del líquido (Pv = Psat). Se debe tener cuidado en no confundir la presión de vapor con la presión parcial. La presión parcial se define como la presión de un gas o vapor en una mezcla con otros gases. Por ejemplo, el aire atmosférico es una mezcla de aire seco y vapor de agua, y la presión atmosférica es la suma de la presión parcial del aire seco y la presión parcial del vapor de agua. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 68
  • 69. La presión parcial del vapor de agua constituye una fracción pequeña (por lo general, menor de 3 por ciento) de la presión atmosférica, ya que el aire es en su mayor parte nitrógeno y oxígeno. La presión parcial de un vapor debe ser menor que la presión de vapor, o igual a ésta, si no hubiera líquido presente. Sin embargo, cuando están presentes tanto el vapor y el líquido y el sistema está en equilibrio de fases, la presión parcial del vapor debe ser igual a la presión de vapor y se dice que el sistema está saturado. La rapidez de la evaporación desde masas abiertas de agua, como los lagos, es controlada por la diferencia entre la presión de vapor y la presión parcial. Por ejemplo, la presión de vapor del agua a 20°C es de 2.34 kPa; por lo tanto, un cubo de agua a 20°C que se deje en un cuarto con aire seco a 1 atm continuará evaporándose hasta que suceda una de dos cosas: el agua se evapora por completo (no hay suficiente agua como para establecer el equilibrio de fases en el cuarto), o la evaporación se detiene cuando la presión parcial del vapor de agua en el cuarto se eleva hasta 2.34 kPa, punto en el que se establece el equilibrio de fases. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 69
  • 70. La razón del interés en la presión de vapor es la posibilidad de caída de la presión del líquido, en los sistemas de flujo de líquidos, por abajo de la presión de vapor en algunos lugares y la vaporización resultante no planeada. Por ejemplo, el agua a 10°C se evaporará de manera instantánea y formará burbujas en los lugares (como las regiones de las puntas o los lados de succión de las aspas de las bombas) donde la presión cae por abajo de 1.23 kPa. Las burbujas de vapor (llamadas burbujas de cavitación debido a que forman “cavidades” en el líquido) se desintegran conforme son barridas hacia fuera de las regiones de baja presión, con lo que se generan ondas de alta presión extremadamente destructivas. Este fenómeno, que es causa común de caída en el rendimiento e inclusive de la erosión de las aspas del impulsor, se llama cavitación, y constituye una consideración importante en el diseño de las turbinas y bombas hidráulicas. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 70
  • 71. La cavitación debe evitarse (o al menos minimizarse) en los sistemas de flujo, porque reduce el rendimiento, genera vibraciones y ruido molestos, y daña al equipo. Las puntas de presión resultantes del gran número de burbujas que se desintegran cerca de la superficie sólida durante un periodo largo pueden causar erosión, picadura de la superficie, falla por fatiga y la destrucción eventual de los componentes o la maquinaria. Se puede detectar la presencia de la cavitación en un sistema de flujo por su sonido característico de traquetear. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 71
  • 72. Ejercicio En un sistema de distribución de agua, se observa que la temperatura de ésta es de aproximadamente 30°C. Determine la presión mínima admisible en el sistema para evitar la cavitación. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 72
  • 73. Solución Debe determinarse la presión mínima en un sistema de distribución de agua, para evitar la cavitación. Propiedades La presión de vapor del agua a 30°C es de 4.25 kPa. Análisis Para evitar la cavitación, no debe permitirse que la presión en cualquier punto en el flujo caiga por abajo de la presión de vapor (o de saturación) a la temperatura dada; es decir: La presión debe de mantenerse arriba de 4.25 kPa en todo punto en el flujo. La presión de vapor se incrementa cuando aumenta la temperatura y, en consecuencia, el riesgo de cavitación es mayor a temperaturas más altas del fluido. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 73
  • 74. UNIDAD 1 Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 74
  • 75. Investigación Fuerzas que actúan en el interior de un fluido:  Fuerza entre placa planas (cortante)  Compresibilidad  Adherencia. Hidráulica l - Ing. Eduardo Fonseca Mota MSc 75 UNIDAD 1