Propiedades de los fluidos

Los fluidos, al igual que el resto de la materia poseen ciertas propiedades, las cuales se pueden cuantificar gracias a magnitudes físicas principales o derivadas. Entre estas propiedades se encuentran: 

Densidad ρ

Se define como la masa por unidad de volumen. Sus unidades en el sistema internacional son [kg/m3].

Para un fluido homogéneo, la densidad no varía de un punto a otro y puede definirse simplemente mediante: 

ρ = V/m

Por el contrario, para un fluido que no es homogéneo, la densidad ρ varía de un punto a otro. Por tanto tenemos que definir

la densidad en un punto como la masa por unidad de volumen en un elemento diferencial de volumen† en torno a ese

punto:

ρ = ρ(x, y, z, t) =dm/dV

Esto es posible gracias a la continuidad. En los líquidos, al tener baja compresibilidad, la densidad depende de la

temperatura, pero apenas depende de la presión, ρ = ρ(T ). Para los fluidos compresibles, la densidad depende en general tanto de la presión como de la temperatura, ρ = ρ(p, T ). Para el caso concreto de un gas ideal, con una ecuación de estado pV = nRT , la densidad tiene la forma concreta:

ρ(p, T ) = Mp/RT

Peso específico γ

El peso específico se define como el peso por unidad de volumen. En el sistema internacional sus unidades son [N/m3]. 

Para un fluido homogéneo γ = mg/V = ρg, mientras que para un fluido inhomogéneo,

γ = γ(x, y, z, t) = g * (dm/dV)= ρg 

donde g es la aceleración de la gravedad.

Volumen específico v

Se denomina volumen específico al volumen ocupado por la unidad de masa. Para un fluido homogéneo se define

como v = V/m = 1/ρ, mientras que en el caso general de un fluido no homogéneo  tendremos que hablar de su valor en un punto, v = v(x, y, z, t) = dV/dm= 1/ρ.

En todos los casos, v = 1/ρ. Sus unidades en el sistema internacional son [m3/kg].

Viscosidad.

Como se ha dicho en la introducción, la viscosidad refleja la resistencia al movimiento del fluido y tiene un papel análogo al del rozamiento en el movimiento de los sólidos. La viscosidad está siempre presente en mayor o menor medida tanto en fluidos compresibles como incompresibles, pero no siempre es necesario tenerla en cuenta. En el caso de los fluidos perfectos o no viscosos su efecto es muy pequeño y no se tiene en cuenta, mientras que en el caso de los fluidos reales o viscosos su efecto es importante y no es posible despreciarlo. En el caso del agua a veces se habla del flujo del agua seca para el flujo no viscoso del agua y del flujo del agua mojada para el flujo viscoso.

Presión.

La presión en un punto se define como el valor absoluto de la fuerza por unidad de superficie a través de una pequeña superficie que pasa por ese punto y en el sistema internacional su unidad es el Pascal (1 Pa=1N/m2). Mientras que en el caso de los sólidos en reposo, las fuerzas sobre una superficie pueden tener cualquier dirección, en el caso de los fluidos en reposo la fuerza ejercida sobre una superficie debe ser siempre perpendicular a la superficie, ya que si hubiera una componente tangencial, el fluido fluiría. En el caso de un fluido en movimiento, si éste es no viscoso tampoco aparecen componentes tangenciales de la fuerza, pero si se trata de un fluido viscoso sí que aparecen fuerzas tangenciales de rozamiento. De este modo, un fluido en reposo a una presión p ejerce una fuerza −pd~S sobre cualquier superficie plana arbitraria en contacto con el fluido en el punto, definida por un vector unitario d~S, perpendicular a la superficie. En general, la presión en un fluido depende del punto, p = p(x, y, z). Así, para un fluido en reposo la presión se define como la fuerza normal por unidad de superficie.

Compresibilidad.

Se caracteriza por el coeficiente de compresibilidad, κ, definido como

κ = −1/V* (dV/dp) que representa la disminución relativa del volumen por unidad de aumento de presión. Sus unidades son de inversa de presión, en el sistema S.I. [m2/N]. Su inversa,

K = 1/κ 

es el módulo de compresibilidad [N/m2]. Tanto κ como K dependen de la forma en que se realiza el proceso.

Dilatación térmica.

Se caracteriza por el coeficiente de dilatación de volumen, que representa el aumento relativo del volumen producido por un aumento de la temperatura, y está definida como 

αV = 1/V* (dV/dT) donde V es el volumen inicial del líquido. Sus unidades son de inversa de grados [K−1] o [◦C−1] y depende de la forma en que realiza el proceso.

GRAVEDAD ESPECÍFICA

La gravedad específica es el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad del agua a 4 °C, o, es el cociente del peso específico de una sustancia entre el peso específico del agua a 4 °C.

Estas definiciones de la gravedad especifica se pueden expresar de manera matemática como:

En donde el subíndice s se refiere a la sustancia cuya gravedad especifica se está determinando y el subíndice w se refiere al agua.

La definición matemática de gravedad específica se puede escribir como:

Esta definición es válida, independientemente de la temperatura a la que se determina la gravedad específica.

Sin embargo, las propiedades de los fluidos varían con la temperatura. En general cuando la densidad disminuye, aumenta la temperatura.

Comentario

En mecánica de fluidos, es muy importante establecer las propiedades de estos, pues de ello dependen muchos de los cálculos y trabajos que se realizan a nivel teórico y práctico. Es muy importante dentro del perfil de un ingeniero mecánico que estos conceptos están muy presentes, como preámbulo a todos los posibles campos en los que se pueden desempeñar y es por ello que se ha dado esta pequeña introducción de la materia con el fin de conceptualizar una pequeña idea de la mecánica de fluidos, a fin de que el estudio de la misma no se tan singular y novedoso para los que alguna vez la cursen. 

Referencias

Domingo, A. (s.f.). Apuntes de mecánica de fluidos. En A. Domingo, Apuntes de mecánica de fluidos (págs. 7-9).

https://www.monografias.com/trabajos85/propiedades-fluidos/propiedades-fluidos.shtml