Propiedades de los fluidos | 2/49 | UPV

Summary

Ángela Paro López, profesora de la Universidad Politécnica de Valencia, introduce la mecánica de fluidos computacional, destacando la importancia de caracterizar perfectamente a los fluidos para estudios numéricos y físicos. Explica que un fluido es considerado un medio continuo, y su comportamiento se describe a través de ecuaciones diferenciales. Se abordan propiedades clave como densidad, viscosidad y su variabilidad con la temperatura y presión. La viscosidad cinemática y su relación con el comportamiento de los fluidos, incluyendo fluidos no Newtonianos, son destacadas. Finalmente, se mencionan otras propiedades como el módulo de elasticidad volumétrico y la presión de vapor, esenciales para el análisis de fluidos.

Takeaways

• 🔬 La importancia de conocer y caracterizar perfectamente los fluidos para realizar un estudio numérico y físico adecuado.
• 🌐 Los fluidos se consideran medios continuos, lo que implica que sus propiedades varían mínimamente a escala macroscópica.
• 📏 La densidad es una de las propiedades fundamentales de los fluidos, definida como la cantidad de masa por unidad de volumen.
• 💧 El peso específico es la cantidad de peso por unidad de volumen y es la inversa de la densidad.
• 🔄 La viscosidad es la propiedad principal que define el comportamiento de un fluido, relacionada con la deformación y el flujo.
• ⚖️ La viscosidad cinemática, derivada de la viscosidad absoluta, se mide en metros cuadrado por segundo y relaciona con el sistema centistokes.
• 📉 Los fluidos Newtonianos siguen la ley de Newton, con una relación proporcional entre el esfuerzo tangencial y la variación de velocidad.
• 📈 Los fluidos no Newtonianos muestran una variación no constante de la velocidad con respecto al esfuerzo tangencial, lo que requiere el estudio de la reología.
• 🌡️ La viscosidad de los gases aumenta con la temperatura, mientras que en los líquidos disminuye al aumentar la temperatura.
• 💥 La presión de vapor y la cavitación son propiedades termodinámicas importantes que influyen en el cambio de estado de los fluidos.
• 🌟 Además de la densidad y la viscosidad, existen otras propiedades como el módulo de elasticidad volumétrico y la tensión superficial que caracterizan a los fluidos.

Q & A

¿Qué es la mecánica de fluidos computacional y cómo se relaciona con las propiedades de los fluidos?

La mecánica de fluidos computacional es una rama de la ingeniería que utiliza métodos numéricos y computacionales para simular y analizar el comportamiento de los fluidos. Se relaciona con las propiedades de los fluidos porque estas propiedades determinan el comportamiento tanto real como numérico del fluido, siendo fundamentales para realizar un análisis matemático y físico adecuado.

¿Por qué es importante caracterizar perfectamente los fluidos antes de realizar un estudio numérico?

Es importante caracterizar perfectamente los fluidos para poder definirlas en un estudio numérico y físico adecuado, ya que las propiedades del fluido van a determinar su comportamiento tanto en la realidad como en la simulación.

¿Qué implica considerar a un fluido como un medio continuo y cómo afecta esto a su análisis a nivel microscópico y macroscópico?

Considerar a un fluido como un medio continuo implica que, a pesar de ser compuesto por partículas分散的, se analiza en un volumen suficientemente grande para que las variaciones de propiedades sean mínimas. Esto permite que las propiedades se definan de manera constante a nivel macroscópico, facilitando su representación a través de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, mientras que a nivel microscópico, se entiende que las partículas subatómicas tienen características individuales que, en masa, se aplanan en una representación continua.

¿Qué propiedad es la más importante de un fluido y cómo se mide?

La propiedad más importante de un fluido es su densidad, que se refiere a la cantidad de masa que cabe en la unidad de volumen. Se mide en unidades de masa por volumen, como kilogramos por metro cúbico en el sistema internacional.

¿Qué es el peso específico y cómo se relaciona con la densidad?

El peso específico es la cantidad de peso que cabe en la unidad de volumen y es la inversa de la densidad. Mide la masa por unidad de volumen y está relacionada directamente con la densidad, siendo una medida de la masa por unidad de volumen.

¿Qué es la viscosidad y cómo se define en términos de la relación entre el esfuerzo tangencial y la variación de velocidad?

La viscosidad es la propiedad de un fluido que describe cómo las moléculas del fluido resisten la deformación cuando se someten a un esfuerzo. Se define como la relación de proporcionalidad entre el esfuerzo tangencial y la variación de velocidad en una dimensión vertical, donde esta relación se describe por la ley de Newton.

¿Cuál es la diferencia entre la viscosidad absoluta y la viscosidad cinemática?

La viscosidad absoluta, también conocida como viscosidad de Newton, es una medida directa de la resistencia al flujo del fluido y se mide en poise en el sistema internacional. La viscosidad cinemática es una magnitud derivada que se mide en metros cuadrado por segundo y se relaciona con la viscosidad absoluta a través de la densidad del fluido.

¿Qué son los fluidos Newtonianos y cómo se diferencian de los no Newtonianos?

Los fluidos Newtonianos son aquellos que cumplen la ley de Newton, mostrando una relación proporcional constante entre el esfuerzo tangencial y la variación de velocidad. Los fluidos no Newtonianos, en cambio, presentan una relación no constante, lo que puede incluir una variedad de comportamientos como el de los fluidos pseudoplásticos, dilatantes, plásticos y otros, que requieren un estudio más detallado mediante la reología.

¿Cómo afecta la temperatura a la viscosidad de los gases y los líquidos?

En los gases, aumentar la temperatura generalmente aumenta la viscosidad debido a que aumenta la energía cinética de las moléculas. En los líquidos, aumentar la temperatura disminuye la viscosidad, ya que las moléculas tienen más energía para moverse y escapar de las fuerzas de atracción entre ellas.

¿Qué es la cavitación y cómo está relacionada con la propiedad termodinámica de la presión de vapor?

La cavitación es el fenómeno por el cual un fluido pasa de un estado líquido a gasoso cuando la presión disminuye suficientemente. Está relacionada con la presión de vapor, que es la presión a la que un fluido se evapora a una temperatura constante, y es un problema de interés en la ingeniería debido a su impacto en las instalaciones y sistemas de fluidos.

¿Cuáles son otras propiedades importantes de los fluidos además de la densidad y la viscosidad?

Otras propiedades importantes de los fluidos incluyen el módulo de elasticidad volumétrico, que relaciona la compresibilidad del fluido con las variaciones de presión; la presión de vapor, que indica la tendencia de un fluido a cambiar de estado; la capacidad de disolución, que describe la capacidad de un fluido para disolver sustancias disueltas; y la tensión superficial, que es la energía superficial por unidad de área en la interfaz entre el fluido y el gas.