06 Feb
Propiedades y conceptos fundamentales de los fluidos
1) Un fluido se define como una sustancia que tiene la capacidad de fluir y, por lo tanto, de adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene.
Líquidos: son prácticamente incompresibles y ocupan un volumen definido y fijo.
Gases: son altamente compresibles y ocupan todo el volumen disponible en el recipiente.
Densidad y peso específico
2) Densidad (ρ) y peso específico (γ): aunque relacionados, no son lo mismo. La densidad es la masa por unidad de volumen (ρ = m/V), mientras que el peso específico es el peso por unidad de volumen (γ = ρ · g). La diferencia clave es que el peso específico incorpora la aceleración de la gravedad (g), relacionando la masa del fluido con la fuerza que ejerce.
Viscosidad dinámica (μ): es la medida de la resistencia interna que ofrece un fluido al movimiento. En términos sencillos, describe cuán «espeso» es un fluido y cuánta fuerza se necesita para hacerlo fluir a una velocidad determinada.
Tensión de vapor: la tensión de vapor es una medida de la tendencia de un líquido a evaporarse. Una sustancia se considera más volátil a medida que aumenta su tensión de vapor. Esto se debe a que un incremento en la temperatura del líquido eleva su tensión de vapor, lo que significa que más moléculas poseen la energía cinética necesaria para escapar de la fase líquida y convertirse en gas.
Tensión superficial: es un fenómeno causado por las fuerzas de cohesión entre las moléculas de un líquido. Estas fuerzas provocan que la capa superficial del líquido se comporte como una delgada película elástica, permitiendo que algunos insectos caminen sobre el agua o que las gotas mantengan una forma esférica.
Tipos de flujo
Flujo laminar: las partículas se mueven de forma ordenada y en trayectorias paralelas. Ocurre típicamente a bajas velocidades.
Flujo turbulento: las partículas se mueven de manera caótica y desordenada, formando remolinos. Se presenta a altas velocidades.
Presión
Presión atmosférica: la presión ejercida por el peso de la atmósfera terrestre. Es nuestro punto de referencia base.
Presión relativa (o manométrica): es la presión medida en un sistema con respecto a la presión atmosférica. Puede ser positiva (por encima de la atmosférica) o negativa.
Presión absoluta: es la suma de la presión atmosférica y la presión relativa (Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión relativa). Representa la presión total en un punto.
Principio de Arquímedes
En esencia, esto determina si un objeto flota o se hunde: si el empuje es mayor que el peso del objeto, este flotará.
Tubo de Venturi y la ecuación de Bernoulli
Tubo de Venturi: este dispositivo demuestra una aplicación directa del principio de conservación de la energía, formulado en la ecuación de Bernoulli: P + ½·ρ·v² + ρ·g·h = constante. En un conducto horizontal como el tubo de Venturi, la altura (h) no varía, por lo que el término de energía potencial (ρ·g·h) permanece constante. La ecuación revela entonces una compensación directa entre la energía de presión (P) y la energía cinética (½·ρ·v²). Al pasar por el estrechamiento, el fluido se ve forzado a aumentar su velocidad (v), lo que incrementa su energía cinética. Para que la suma total se mantenga constante, este aumento debe ser compensado por una disminución de la presión (P).
Principio de Pascal
Este principio establece que una presión aplicada a un fluido incompresible en un recipiente se transmite con igual intensidad en todas las direcciones. Los sistemas hidráulicos son la aplicación práctica más importante de este principio, ya que permiten multiplicar fuerzas y transmitir presión de manera precisa y eficiente.
Humedad y condensación
En los sistemas neumáticos, que utilizan aire, la humedad es un factor crítico. Cuando la temperatura del aire disminuye, se reduce su capacidad para contener vapor de agua. Esta reducción de capacidad significa que la humedad absoluta (la máxima cantidad de vapor de agua que el aire puede admitir) también desciende.
Si la temperatura desciende lo suficiente como para alcanzar el punto de rocío, el aire se satura (la humedad relativa alcanza el 100%). En ese momento, cualquier vapor de agua excedente se condensa, transformándose de gas a líquido, lo que puede causar problemas en los componentes del circuito.
Pérdida de carga
La pérdida de carga representa una pérdida de energía total en el fluido (manifestada como una caída de presión) que se produce principalmente por la fricción de las moléculas entre sí y contra las paredes del conducto. Los factores que influyen en la magnitud de esta pérdida son:
- Velocidad del flujo
- Tipo de fluido y su viscosidad
- Longitud de los tubos
- Rugosidad de las paredes internas del conducto
- Elementos de acoplamiento (codos, válvulas, etc.)
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