CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la diferencia entre propiedades intensivas y extensivas?

Propiedades Extensivas Propiedades Intensivas Aquellas propiedades cuyo valor

depende de la cantidad total de masa presente.

Se relaciona con la estructura química externa.

Masa, cantidad de movimiento, momento angular, energía almacenable, peso, volumen, longitud, energía potencial, calor, etc.

No sirven para diferenciar unas sustancias de otras.

Para designar las propiedades extensivas se utilizan letras mayúsculas (la masa m es una excepción importante).

Aquellas propiedades cuya medida es independiente de la cantidad total de masa presente.

Se relaciona con la estructura química interna.

Temperatura, presión, densidad, velocidad, punto de fusión, punto de ebullición, calor específico o concentración, índice de refracción, etc.

Las propiedades intensivas pueden servir para identificar y caracterizar una sustancia pura, es decir, aquella que está compuesta por un solo tipo de molécula , como, por ejemplo, el agua, que está formada solo por moléculas de agua (H2O), o el azúcar, que solo la conforman moléculas de sacarosa (C12H22O11).

Las propiedades intensivas se representan con letras minúsculas, con la excepción de la temperatura T.

2. ¿Qué es la gravedad especifica? ¿Cómo se relaciona con la densidad?

Se define como la razón entre la densidad de la sustancia y la densidad del agua a una temperatura determinada. La gravedad específica es adimensional y numéricamente coincide con la densidad.

Gs=ρSustancias

ρAgua

La gravedad específica también está definida como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4 grados centígrados. Se representa la Gravedad Especifica por Gs, y también se puede calcular utilizando cualquier relación de peso de la sustancia a peso del agua siempre y cuando se consideren volúmenes iguales de material y agua.

Dr=γ Sustancia

γ Agua

=gρSustancia

gρAgua

=ρSustancia

ρAgua

En virtud a que la densidad y el peso específico están relacionados, la densidad relativa también se puede definir como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso especifico del agua a una temperatura determinada.

Cuando se habla de peso específico, densidad o gravedad específica se trata de lo mismo, es decir, la relación que existe entre el peso de un material o elemento por unidad de volumen.

FFSección A

3. ¿A presiones más elevadas el agua hierve a temperaturas más alta? Explique.

Si, cuanto mayor sea la presión el agua tendrá un punto de ebullición más alto, las moléculas se excitan con el calor y esto provoca que se separen, al haber más presión necesitaras mucho más temperatura (calor), para lograr este proceso.

Al aumentar considerablemente la presión y temperatura del agua se alcanza el punto crítico. En este punto la presión es incapaz de impedir la ebullición. Si la temperatura es superior a 374 °C el agua hierve y en este punto la presión es 221 veces superior a la presión atmosférica habitual. Estos valores son la presión crítica y temperatura crítica del agua, por encima de éstos tenemos agua supercrítica.

Por encima de la presión y temperatura crítica (221 atm, 374 °C), el agua no se comporta ni como un gas ni como un líquido, comparte propiedades de ambos: como el vapor, el agua supercrítica ocupa todo el volumen de un recipiente que la contenga y disolverá sustancias, al igual que lo hace el agua líquida.

4. ¿Por qué se ha establecido el concepto de tensión?

Ya que este permite describir la forma como las fuerzas de superficie que actúan sobre las fronteras del medio fluido se transmiten a través de el.

5. ¿Por qué se representa mediante una notación compleja las tensiones ligadas a un elemento infinitesimal ortogonal?

Se toma un elemento infinitesimal ortogonal ya que la fuerza superficial que actúa sobre la porción de superficie es la resultante de las fuerzas transmitidas desde el exterior al elemento de superficie.

6. ¿Puede un fluido soportar esfuerzos de tensión normal positivos (tracción)? ¿Tiene algo que ver la tensión normal con la presión?

Si tenemos una barra y le colocamos en los extremos dos fuerzas de la misma magnitud y dirección pero de sentidos contrarios, la barra queda sometida a un esfuerzo de tracción y tiende a alargarse.

Un líquido puede soportar esfuerzos de compresión pero no de tracción. Los sólidos y los fluidos pueden estar sometidos a esfuerzos cortantes o esfuerzos tangenciales. En ellos la fuerza es paralela al área en donde actúa.

Todos los cuerpos se deforman bajo la acción de las fuerzas tangenciales a que están sometidos. En los cuerpos elásticos la deformación desaparece cuando deja de actuar la fuerza. En la deformación plástica subsiste esa deformación aunque la fuerza deje de actuar.

En los fluidos la deformación aumenta constantemente bajo la acción del esfuerzo cortante, por pequeño que este sea.

Supongamos un elemento ABCD de forma rectangular en un cuerpo sólido sujeto a un esfuerzo cortante. Si el elemento estuviera sujeto a tracción, experimentaría un aumento de longitud, pero el elemento sufriría un cambio de ABCD a A’B’CD

La tangente del ángulo α es llamada deformación unitaria.

Entre las moléculas del fluido existen fuerzas moleculares de cohesión. Al desplazarse unas moléculas con relación a las otras se produce a causa de ellas una fricción. Si las moléculas de este fluido se ponen en contacto con un sólido, entonces también se suman las fuerzas de adherencia.

Un fluido no ofrece resistencia a la deformación por un esfuerzo cortante, esta es la característica que distingue a un sólido de un fluido.

En un fluido ideal η=0.

En un fluido real η (viscosidad dinámica) tiene un valor finito distinto de cero.

Cuanto mayor sea η mayor será la fuerza necesaria a cierta velocidad y el fluido será más viscoso, la viscosidad produce una resistencia llamada resistencia a la deformación, o resistencia a que unas capas de fluido resbalen sobre las otras y se origina una pérdida de energía en la corriente.

La tensión tiene que ver con la presión: Los fluidos difieren de los sólidos en que son incapaces de soportar tensiones de corte; así pues, se deforman adoptando la forma del recipiente cualquiera que éste sea.

Cuando se sumerge un cuerpo en un fluido como el agua, el fluido ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo en cada punto de la superficie; si el cuerpo es lo suficientemente pequeño como para que podamos despreciar las diferencias de profundidad en el fluido, la fuerza por unidad de área ejercida por el fluido es la misma en cada punto de la superficie del sólido. Esa fuerza por unidad de área se denomina presión (P) del fluido.

La unidad de presión es el newton / m2 que se denomina pascal (Pa).

P= FA

→ 1 P=1N

m2

7. ¿puede ser negativo el coeficiente de compresibilidad de un fluido? ¿Qué se puede decir acerca del coeficiente de expansión volumétrica?

Se define módulo compresibilidad al cociente entre la variación de presión y la deformación unitaria de volumen.

B= ∆ p∆ vv0

→Aumento de la presionhidrostaticaAumento de la presion de volumen

El signo (-) de este módulo se debe a que un aumento de presión (+), produce una disminución de volumen y viceversa.

Coeficiente de compresibilidad es la inversa del módulo de compresibilidad:

K= 1B

=−∆ v

v0

∆ p=

−1∆ p

∗∆ v

v0

El coeficiente de compresibilidad K puede definirse como la variación unitaria del volumen (−∆ v

v0 ) por unidad de incremento de presión (∆ p):

K=−∆ v

v0

∆ p= −∆ v

∆ p∗v0

Si puede ser negativo el coeficiente de compresibilidad, ya que entre más se acerque a cero (0) será mi índice que dirá que no es compresible. Es decir, los líquidos en general son muy poco compresibles, ya que necesitaríamos grandes cambios de presión para lograr un cambio muy pequeño de volumen.

El coeficiente de expansión volumétrica o coeficiente de dilatación volumétrica

β=1v ( ∂ V

∂T )P

Para gases el coeficiente βvaría ampliamente con la temperatura. En cambio, para sólidos y líquidos β es relativamente independiente de la temperatura, es decir, varía muy poco con la variación de la temperatura, por lo que:

∆ V =β∗v∗∆TV 2−V 1=β∗V 1∗(T 2−T1)

Si bien, cuando se calienta un líquido o un sólido este se expande y su densidad disminuye, en una gran cantidad de aplicaciones prácticas, puede suponerse con bajo nivel de error, que las densidades de solido y líquido son independiente de la temperatura.

El modulo volumétrico de elasticidad de un fluido es una medida de cuán difícil es comprimirlo.

8. ¿Qué es un fluido newtoniano? ¿Es el agua un fluido newtoniano?

El fluido newtoniano es todo fluido que se comporta según la ley de newton de la viscosidad. Es decir, que la viscosidad es función exclusiva de la condición del fluido.

El concepto de viscosidad nació con Newton, afirmó que la resistencia ejercida, y que surge a partir de una falta en el deslizamiento de un fluido, si el resto de factores se mantienen, es proporcional a la velocidad a la que las partes de un fluido son separadas entre sí. De este modo, se establece la proporcionalidad existente entre el esfuerzo por unidad de área (F/A) necesario para producir un gradiente de velocidades en un fluido, siendo la constante de proporcionalidad un factor que describe "la capacidad de deslizamiento de un fluido" (más tarde esta constante de proporcionalidad fue llamada viscosidad).

La viscosidad de un fluido Newtoniano se suele representar con la letra griega μ. En general, Por fluido newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valor de viscosidad, a una presión y temperatura dadas, es único para cualquier velocidad de cizalla, siendo independiente del tiempo de aplicación de la cizalla.Las desviaciones posibles de este comportamiento se pueden agrupar:

1) Variación de la viscosidad con la velocidad de cizalla2) Variación de la viscosidad con el tiempo de aplicación de la cizalla

Para líquidos Newtonianos, la viscosidad también se denomina coeficiente de viscosidad. Este coeficiente, en determinados fluidos deja de ser constante para convertirse en una función de la velocidad de deformación del fluido, apareciendo el término de viscosidad aparente o a veces viscosidad dependiente de la velocidad de cizalla.

El agua es un fluido newtoniano.

9. Considere dos pequeñas bolas de vidrio idénticas que se dejan caer en dos recipientes idénticos uno lleno con agua y el otro con aceite. ¿Cuál de las dos bolas llegara primero al fondo del recipiente? ¿Por qué?

Llega primero la bola de vidrio en el recipiente de agua. Esto debido a que la viscosidad del agua es mucho menor que la viscosidad del aceite. Y a menor viscosidad mayor velocidad.

La esfera se mueve bajo la acción de las siguientes fuerzas: el peso, el empuje, al estar el cuerpo sumergido en un fluido, y una fuerza de rozamiento que es proporcional a la velocidad de la esfera (suponemos que el flujo se mantiene laminar).

El peso es el producto de la masa por la aceleración de la gravedad g. La masa es el producto de la densidad del material por el volumen de la esfera.

El peso es el producto de la masa por la aceleración de la gravedad g. La masa es el producto de

la densidad del material ρe por el volumen de la esfera de radio R.

mg=ρe43

π R3 g

De acuerdo con el principio de Arquímedes, el empuje es igual al producto de la densidad del

fluido ρ fpor el volumen del cuerpo sumergido, y por la aceleración de la gravedad.

E=ρf43

π R3 g

La fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad, y su expresión se denomina ley de Stokes.

F r=6 πRnv

Donde nes la viscosidad del fluido. La ecuación del movimiento será, por

tanto,

ma=mg−E−Fr

La velocidad límite se alcanza, cuando la aceleración sea cero, es decir, cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre la esfera es cero.

mg−E=F r

De aquí despejamos la velocidad límite.

v l=2 g( ρe−ρf ) R2

9n

10. Algunas de las siguientes sustancias: Brea, barro, cera, gelatina, pasta de dientes, crema de afeitar, arena. Presentan características de comportamiento tanto solido como fluido bajo diferentes condiciones. Explique y de ejemplos.

Se denomina fluido a un tipo demedio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas hay una fuerza de atracción débil. Los fluidos se caracterizan por cambiar de forma sin que existan fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable).En el cambio de forma de un fluido la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Los líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen como de forma propios. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en os líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales).

Características

La posición relativa de sus moléculas puede cambiar de forma abrupta. Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los líquidos son

fluidos igual que los gases. Tienen viscosidad, aunque la marviscosidad en los gases es mucho menor que en los

líquidos.

Propiedades primarias

Propiedades primarias o termodinámicas:

Presión Densidad Temperatura Energía interna Entalpía Entropía Calores específicos Viscosidad

Propiedades secundarias

Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.

Viscosidad Conductividad térmica Tensión superficial Compresión

Densidad: es la medida del grado de compactación de un material. Para un fluido homogéneo se define como la masa por unidad de volumen y depende de factores tales como su temperatura y la presión a la que está sometido. Sus unidades en el SI son: kg/m3. Los líquidos son ligeramente compresibles y su densidad varía poco con la temperatura o la presión. Para una masa dada, la presión, la temperatura y el volumen que ocupa se relacionan por medio de la ley de los gases: pV = mRT, donde R es la constante de los gases ideales y T la temperatura absoluta (grados Kelvin).

Compresibilidad: En la mayoría de los casos, un líquido se podría considerar incompresible, pero cuando la presión cambia bruscamente, la compresibilidad se hace evidente e importante. Lo mismo ocurre si hay cambios importantes de temperatura. La compresibilidad se expresa mediante el módulo elástico de compresión.

Viscosidad: es una medida de la resistencia del fluido al corte cuando el fluido está en movimiento. Se le puede ver como una constante de proporcionalidad entre el esfuerzo de corte y el gradiente de velocidad. Sus unidades en el SI son: kg s/ m3. La viscosidad de un líquido decrece con el aumento de temperatura, pero en los gases crece con el aumento de temperatura. Esta diferencia es debido a las fuerzas de cohesión entre moléculas. Esta propiedad también depende de la presión.

Tensión superficial: Una molécula dentro del líquido es atraída en todas direcciones por otras moléculas mediante fuerzas cohesivas. Cuando un líquido está en contacto con algún otro medio (aire, otro líquido, un sólido) se forma una superficie de contacto entre el líquido y el otro medio. Dentro del líquido, y lejos de su superficie de contacto, una molécula se encuentra en equilibrio: la suma de las fuerzas de atracción es cero. Sin embargo, en la superficie de contacto, la suma de estas fuerzas tiene como resultante una fuerza neta, perpendicular a la superficie y con sentido hacia el interior del líquido. Esta fuerza hacia el interior hace que la superficie de contacto se comporte como una membrana. Una de las consecuencias de la tensión superficial es la capilaridad.

PREGUNTAS DE OPCIÓN MÚLTIPLE

11. La viscosidad absoluta μ de un fluido es fundamentalmente función de la:

a) Densidad

b) temperatura

c) presión

d) velocidad

e) tensión superficial

12. Un aceite tiene una viscosidad cinemática de 1.2x10-4 m2/s y una densidad relativa de 0.8 ¿cuál es su viscosidad dinámica 2n kg/m-s?

a) 0.08

b) 0.10

c) 0.125

d) 1.0

e) 1.25

13. La distribución de velocidad para flujo laminar entre placas paralelas está dada por:

u=umax [1−( 2 yh )

2]Donde h es la distancia que separa las placas y el origen se ubica en el punto medio entre las

mismas. Considere un flujo de agua a 15 ºC, umax=0.30 m / s yh=0.50 mm. Calcule el esfuerzo

de corte en la placa superior e indique su dirección.

14. Un eje con diámetro exterior de 18 mm gira 20 revoluciones por segundo dentro de una chumacera estacionaría de 60 mm de longitud. Una delgada película de aceite de 0.2 mm de espesor llena el anillo concéntrico entre el eje y la chumacera. El momento de torsión necesario para hacer girar el eje es 0.0036 N-m. Estime la viscosidad del aceite que llena el claro.

15. Sobre el elemento fluido mostrado, indique los esfuerzos posibles representados por:

Ƭ zx=−500 N /m 2 y 750 σ yy=750 N /m2