Practica Termofluidos

Propiedades de los fluidos

Desde el punto de vista de la mecánica de los fluidos, la materia sólo puede presentarse en dos estados: sólido y fluido. La distinción técnica radica en la reacción de ambos a un esfuerzo tangencial o cortante. Un sólido puede resistir un esfuerzo cortante con una deformación estática, un fluido no. Cualquier esfuerzo cortante aplicado a un fluido, por pequeño quesea, provocará el movimiento del fluido. Éste se mueve y se deforma continuamente mientras se siga aplicando el esfuerzo cortante. “Un fluido en reposo debe de estar en un estado de esfuerzo cortante nulo” estado que se denomina hidrostática.
Existen dos clases de fluidos: líquidos y gases. De nuevo, la distinción técnica concierne al efecto de las fuerzas cohesivas. Un líquido, al estarcompuesto por agrupaciones de moléculas muy cercanas con enormes fuerzas cohesivas, tiende a conservar su volumen y formará una superficie libre en el campo gravitatorio si no está limitado por arriba. Una característica importante de los líquidos es que es muy difícil comprimirlos y para la mayoría de aplicaciones ingenieriles se les trata como fluidos incompresibles.
Como las moléculas de gas estánmuy separadas entre sí, con fuerzas cohesivas despreciables, un gas es libre de expandirse hasta que encuentra paredes que lo confinan. Un gas no tiene un volumen definido y por sí mismo, sin confinamiento, forma una atmósfera que es esencialmente hidrostática. A diferencia de los líquidos, los gases si pueden comprimirse y se conocen también como compresibles.
Algunas sustancias aparentementecomo asfalto y grafito, resisten esfuerzos cortantes durante breves periodos, pero realmente se deforman y presentan comportamiento fluido en periodos de tiempo largos. Otras sustancias particularmente coloides y mezclas espesas, resisten pequeñas cortaduras, pero se rompen con esfuerzos cortantes grandes y fluyen como fluidos, este tipo de fluidos se estudia en el campo de la reología. Loslíquidos y gases también pueden coexistir como una mezcla bifásica (vapor-agua o agua con burbujas de aire).

Propiedades Termodinámicas de un fluido
El campo de velocidades V es la propiedad más importante del flujo y éste interactúa con las propiedades termodinámicas del fluido:
1) Presión, p; 2) Densidad, ; 3) Temperatura, T.
Al entrar en juego el trabajo, el calor y el equilibrio energéticoaparecen otras cuatro propiedades termodinámicas:
4) Energía interna, e; 5) Entalpía, ; 6) Entropía, s; 7)Calores específicos Cp y Cv.
Por otro lado, los efectos de fricción y conducción de calor están gobernados por los fenómenos de transporte:
8) Coeficiente de viscosidad, ; 9) Conductividad térmica, k.
Estas nueve magnitudes son auténticas propiedades termodinámicas y se determinan porla condición termodinámica o estado de fluido.

Figura 1.1 El esfuerzo cortante produce una deformación continua en el fluido.

Viscosidad
Es la resistencia que ejercen los fluidos al ser deformados cuando se les aplica un mínimo de esfuerzo cortante. Existen diferentes formas de expresar la viscosidad de un fluido, pero las más importantes son las siguientes: viscosidad absoluta o dinámicay cinemática. Por su viscosidad los fluidos se pueden clasificar en newtonianos, donde hay una relación lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la rapidez de deformación resultante, y en no newtonianos, donde tal relación lineal no existe. La Ley de la viscosidad de Newton afirma que dada una rapidez de deformación angular en el fluido, el esfuerzo cortante es directamenteproporcional a la viscosidad.
(1.1)
La resistencia de un fluido al corte depende de su cohesión y de su rapidez de transferencia de la cantidad del movimiento molecular. La cohesión parece ser la causa predominante de la viscosidad en un líquido y ya que la cohesión decrece con la temperatura, la viscosidad decrece también.
Todo fluido tiene una viscosidad específica bajo ciertas...