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Definición
Fluido Es toda sustancia que no sea sólida y que pueda fluir, es decir, los líquidos y los gases.
Cada uno de estos estados presenta unas condiciones o naturaleza directamente observables que les son características.
Una distinción entre los sólidos y los fluidos es la diferente respuesta frente a la acción de un esfuerzo cortante (fuerza por unidad de área), es decir, la fuerza tangencial que actúa sobre una superficie. Los sólidos inicialmente se deforman mientras persiste el esfuerzo, ya que oponen una fuerza igual y de sentido contrario a la aplicada, y tienden a recuperar su forma primitiva total o parcialmente cuando cesa el esfuerzo. Sin embargo, los fluidos se deforman o cambian de forma de manera continua, mientras persista dicho esfuerzo, ya que no presentan una fuerza que se oponga a la aplicada, lo que indica que no hay tendencia a recuperar la forma primitiva al cesar el esfuerzo aplicado.
Ejemplo
Si se coge con las dos manos una goma de borrar y se dobla, se deforma inicialmente, y si se deja de doblar vuelve a su forma inicial. Por el contrario, si se coge una bolsa llena de agua con las dos manos y se hace lo mismo, cuando se deje de doblar no vuelve a la forma original.
Respecto a los fluidos, los líquidos poseen un volumen propio que se mantiene prácticamente constante aunque adopten la forma del recipiente que los contiene, los gases en cambio, adoptan la forma del recipiente y además ocupan todo su volumen interior.
Si un líquido se almacena en un contenedor tiende a adoptar la forma de este, y cubre el fondo y las paredes laterales. En la superficie, en contacto con la atmósfera, mantiene un nivel uniforme. Cuando el contendor se inclina, el líquido tiende a derramarse.
Si se mantiene un gas a presión en un recipiente cerrado, tiende a expandirse y llenarse por completo. Si el contenedor se abriera, el gas tendería a expandirse aún más y a escapar de él.
Cuando un fluido fluye a través de un canal cerrado, como por ejemplo una tubería, pueden existir dos tipos de flujo en función de su velocidad. A velocidades bajas se produce el flujo laminar, caracterizado por fluir sin mezclado lateral, ni corrientes cruzadas perpendiculares al flujo o remolinos. Mientras que a altas velocidades se produce el flujo turbulento, es decir, se forman remolinos lo que provoca un mezclado lateral.
3.2. Propiedades de los fluidos: descripción, propiedades, clases, unidades, ecuaciones matemáticas
Para tener un adecuado conocimiento sobre fluidos es necesario aprender todo lo relativo a las propiedades de estos. Estas características se estudian a continuación.
Masa, peso específico y densidad. Viscosidad. Tensión superficial
Estas propiedades son esenciales para el estudio de los fluidos, por este motivo se detalla detenidamente cada una de ellas.
Masa, peso, densidad y peso específico
Para conocer estas propiedades, el primer paso es saber diferenciar el peso de la masa.
Definición
Masa Es la medida de la cantidad de un fluido.
Peso Es la cantidad que pesa un fluido, es decir, la fuerza con la que el fluido es atraído hacia la Tierra por la acción de la gravedad.
El peso es una fuerza y la masa es la cantidad de una sustancia. Ambos términos se relacionan por medio de la aplicación de la Ley de la Gravitación de Newton, en la que la fuerza (F) es igual a la masa (m) multiplicada por la aceleración (a), es decir:
F = m · a
Hablar del peso (P) implica que la aceleración es igual a la aceleración de la gravedad (g), y entonces la ecuación de Newton se transforma en:
P = m · g
Donde:
g = 9,81 m · s-2 en el S.I. y g = 32,17 pies · s-2 en el S.A.
La unidad de masa en el S.I. es el Kilogramo (Kg), y en el S.A. es la libra (lb). La unidad de peso en el S.I. es el newton (N) que equivale a un kilogramo metro por segundo al cuadrado (Kg · m · s-2), y la unidad en el S.A. es la libra fuerza (lbf) que equivale a una libra pie por segundo al cuadrado (lb · pie · s-2).
Puesto que se habla de fluidos, líquidos y gases, es conveniente relacionar la masa y el peso del fluido con su volumen. Para ello se definen las propiedades de la densidad y del peso específico.
Definición
Densidad Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia.
Peso específico Es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia.
Si se denota la densidad con la letra griega ρ, se tiene:
ρ = m / V
Donde:
V es el volumen de la sustancia que tiene la masa m.
La unidad de la densidad en el S.I. es el kilogramo por metro cúbico (Kg · m-3), y en el S.A. es la libra por pie al cubo (lb · pie-3).
Si se denota el peso específico con la letra griega γ, entonces:
γ = P / V
Donde:
V es el volumen de una sustancia que tiene peso P.
La unidad del peso específico en el S.I. es el newton por metro cúbico (N · m-3), y en el S.A. es la libra fuerza por pie al cubo (lbf · pie-3).
La relación entre el peso específico y la densidad de una sustancia se lleva a cabo mediante la siguiente ecuación:
γ = r · g
Donde: g es la aceleración de la gravedad.
Esta ecuación se justifica teniendo en cuenta las definiciones de la densidad y el peso específico, junto con la ecuación que relaciona la masa y el peso.
Las propiedades de los fluidos varían con la temperatura. En general, la densidad y el peso específico disminuyen con el aumento de la temperatura.
Viscosidad
Cuando un fluido se mueve con respecto a un sólido o con respecto a otro fluido se produce una fricción o rozamiento en la dirección opuesta al movimiento del fluido, parecida a la que se produce sobre el suelo cuando se pretende mover una mesa
