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FLUIDOS Un fluido es todo cuerpo que tiene la propiedad de fluir, y carece de rigidez y elasticidad, y en consecuencia cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma y adoptando así la forma del recipiente que lo contiene. Los fluidos pueden ser líquidos o gases según la diferente intensidad de las fuerzas de cohesión existentes entre sus moléculas En los líquidos, las fuerzas intermoleculares permiten que las partículas se muevan libremente, aunque mantienen enlaces latentes que hacen que las sustancias en este estado presenten volumen constante o fijo. Cuando se vierte un líquido a un recipiente, el líquido ocupará el volumen parcial o igual al volumen del recipiente sin importar la forma de este último. Los líquidos son incompresibles debido a que su volumen no disminuye al ejercerle fuerzas muy grandes. Otra de sus propiedades es que ejercen presión sobre los cuerpos sumergidos en ellos o sobre las paredes del recipiente que los contiene. Esta presión se llama presión hidrostática. CARACTERÍSTICAS DE LOS FLUIDOS Las características de los fluidos son ampliamente cerradas, pues entre los líquidos y los gases su diferencia puede cambiar por la presión y por la temperatura y en el caso de los fluidos no Newtonianos permiten la absorción de impactos. Los fluidos los podemos definir como substancias que se deforman constantemente por un esfuerzo constante y se pueden dividir los fluidos en dos categorías: Newtonianos y No Newtonianos. Aspectos y características de los fluidos: Estabilidad.- Esta se presenta cuando las partículas del fluido siguen una trayectoria uniforme y su velocidad es constante sin importar el punto en el que se encuentre y el tiempo en el que transcurra. Turbulencia.- Esta se presenta cuando por tener una aceleración muy elevada, en donde el fluido toma movimientos irregulares como torbellinos y remolinos. Viscosidad.- Esta cualidad se definiría como la resistencia o fricción interna y se puede presentar cuando dos capas adyacentes se desplazan dentro del fluido convirtiéndose la energía cinética en energía interna. Densidad.- La densidad establece que tan fuerte se unen los átomos del fluido o su grado de compactación. Los diferentes materiales pueden tener diferente grado de densidad. Volumen.- Es el espacio que ocupa el fluido tomando en cuenta la unidad de peso, y se encuentra influenciado ampliamente por la temperatura y la presión que caen sobre el mismo.

Peso.- Este es el peso que se encuentra aunado o ligado a la densidad y por su uso unitario se aplica ampliamente en la física. Gravedad Específica.- Esta se presenta en los fluidos y es adimensional, debido a que es el resultado del cociente entre dos unidades con magnitud idéntica. Tensión superficial.- La tensión superficial se produce en los fluidos, sobre todo en los líquidos a causa de que las moléculas ejercen una atracción entre sí mismas, limitando en los líquidos su paso por orificios reducidos. Capilaridad.- Se denomina capilaridad en los fluidos, cuando éstos pueden desplazarse por delgados conductos (tubos), en tanto y cuanto se relacione con su tensión superficial. Así, en el mercurio la tención superficial no le permitirá subir y ejercerá una fuerza en oposición, en cambio con el agua, la reducida tención producirá una elevación proporcional al introducir un tubo capilar sobre la misma. Gas líquido.- Este se produce al licuar los gases a temperaturas muy bajas y con presiones elevadas. De esta forma se vuelven líquidos gases como el hidrogeno, nitrógeno y gases como el LP (Licuado de petróleo o gas doméstico). Fluidos Newtonianos.- En los fluidos newtonianos, la viscosidad es relativamente constante y por ende son los más conocidos, pues su textura y definición en simple. Esta propiedad se encuentra visible en la mayoría de los fluidos conocidos, desde el agua, hasta los aceites, (naturales o pétreos). Fluidos no Newtonianos.- En éste la viscosidad varía, y no es constante su densidad, y se encuentra completamente influenciado por la temperatura y su tensión, por lo que no tiene un valor definido en su densidad. Este se caracteriza por endurecerse al recibir un impacto (fuerza cortante) y recupera su fluidez al perder la tensión o fuerza aplicada. Este fenómeno se percibe fácilmente en la mezcla de almidón con agua. TIPOS DE FLUIDOS Fluidos ideales Los fluidos ideales son aquellos que no se pueden comprimir y tampoco tienen viscosidad. Su nombre viene del hecho de que es un fluido idealizado, ya que todos los fluidos existentes tienen cierto nivel de viscosidad. Fluidos reales A diferencia de los fluidos ideales, los fluidos reales sí poseen viscosidad. En términos generales, todos los fluidos son fluidos reales.

Por ejemplo: agua, queroseno, gasolina, aceite. Fluidos newtonianos Los fluidos newtonianos son aquellos que se comportan de acuerdo con las leyes de viscosidad de Newton. Esto quiere decir que la viscosidad del fluido no varía de acuerdo con la fuerza que se le aplique. Sumado a esto, la viscosidad disminuye a medida que se aumenta a temperatura. Por ejemplo: agua, aire, emulsiones. Fluidos no newtonianos Los fluidos no newtonianos presentan un comportamiento que podría ser considerado anormal, ya que no siguen las leyes de Newton. En estos fluidos, la viscosidad varía con la fuerza. Incluso, se presentan casos en los que los fluidos no newtonianos pueden comportarse como sólidos, si se aplica una fuerza constante. Por ejemplo: suspensiones de almidón de maíz en agua (barro mágico). En una taza de agua, se añaden dos tazas de almidón de maíz y se revuelve. Cuando se toma la mezcla con las manos y se le aplica una fuerza constante (amasándola con movimientos circulares), el fluido pasa de ser líquido a sólido. Este comportamiento se mantiene solamente mientras que se esté aplicando la fuerza. Si se deja de amasar, el fluido vuelve a ser líquido. Otros ejemplos de fluidos no newtonianos son el lodo y el cemento. Otras sustancias, como la sangre, las mucosidades, la lava, la mayonesa, la mermelada y los caramelos masticables, presentan fluidos no newtonianos que les dan la consistencia que poseen. Tipos de fluidos de acuerdo con la velocidad De acuerdo con la velocidad de movimiento de los fluidos, estos pueden ser estables o inestables. En los fluidos estables, la velocidad mantiene su módulo, dirección y sentido durante todo el trayecto del fluido. Sin embargo, en los fluidos inestables, la velocidad puede variar. Por ejemplo, el agua de un río no fluye de manera estable: en algunos puntos choca contra obstáculos y retrocede, se arremolina o cambia de dirección. Cada uno de estos movimientos supone cambios en el vector del movimiento del río.

Tipos de fluidos de acuerdo con su capacidad de ser comprimidos De acuerdo con la capacidad de ser comprimidos, los fluidos pueden ser compresibles y no compresibles. Los líquidos son prácticamente imposibles de comprimir, mientras que los gases tienen gran capacidad de comprimirse. Un ejemplo de la baja capacidad de compresión que tienen los fluidos son los sistemas hidráulicos. Por otra parte, un ejemplo de la alta capacidad de compresión que tiene el aire son los globos y los neumáticos. Por ejemplo, un globo puede ser llenado con más aire del que sus límites pueden soportar porque las moléculas que conforman al aire se comprimen para dar paso a más aire. Tipos de fluidos de acuerdo con su viscosidad La viscosidad es el nivel de resistencia que presenta un fluido a la acción de fuerzas cortantes. Es la medida de fricción entre las distintas capas que forman un fluido; dicha fricción se da para poner en movimiento todas las capas. Por ejemplo, consideremos una mezcla para hacer un pastel. Cuando utilizamos una paleta para remover la masa, sólo se mueve la porción de masa adyacente a la paleta. Pero si mantenemos la paleta en movimiento, se producirá fricción entre las capas del fluido, haciendo que todas se muevan. La viscosidad de un fluido varía con la temperatura. Cuando la temperatura del fluido aumenta, la viscosidad de este disminuye. Por ejemplo: consideremos el jarabe de arce. Cuando el jarabe está es la botella, es pegajoso y viscoso. Sin embargo, cuando lo ponemos sobre un waffle caliente, este se vuelve más acuoso (pierde viscosidad). Existen dos tipos de fluidos de acuerdo con su viscosidad: viscosos y no viscosos. En práctica, todos los fluidos presentan viscosidad, sin embargo, el nivel es mayor en algunos. Por ejemplo: el agua es menos viscosa que la mezcla para pasteles. Tipos de fluidos de acuerdo con el movimiento rotatorio De acuerdo con el movimiento rotatorio, los fluidos pueden ser rotatorios o no rotatorios. Para comprobar de qué tipo de fluido se trata, se puede poner un objeto pequeño sobre el fluido y dejar que sea movido por este. Si el objeto gira en sí mismo, entonces se trata de un fluido rotatorio. Si el objeto sigue una corriente, entonces el fluido es no rotatorio.

Por ejemplo, en un río, se puede observar como el agua se arremolina alrededor de los obstáculos. En esos momentos, el movimiento del agua es rotatorio. Ahora consideremos el agua en una bañera que está siendo drenada. Por ejemplo, un pato de hule va a girar alrededor del drenaje pero no sobre sí mismo. Esto quiere decir que está siguiendo una corriente. Por ende, lejos del vórtice, el movimiento es no rotatorio. ¿TODOS LOS LÍQUIDOS SON FLUIDOS? El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible, lo que significa que su volumen es casi constante en un rango grande de presión.1 Es el único estado con un volumen definido, pero no con forma fija. Un líquido está formado por pequeñas partículas vibrantes de la materia, como los átomos y las moléculas, unidas por enlaces intermoleculares.2 El agua es, el líquido más común en la Tierra y el más abundante. Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas solo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas). Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. 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 propias. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los 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). PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 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. ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS Y SUS APLICACIONES El término estática de fluidos se refiere al estudio de los fluidos en reposo, mientras que dinámica de fluidos estudia los fluidos en movimiento. Los fluidos en reposo o en movimiento uniforme en equilibrio deberán estar libres de esfuerzos cortantes pues no los soportan Densidad La densidad de un material homogéneo se define como su masa por unidad de volumen. Sus unidades en el S.I son 1kg × m−3 y en el sistema c.g.s 1gr × cm−3. La densidad se representa por la letra ρ y viene definida como ρ = m/V La densidad del agua es ρagua = 1gr × cm−3 y la del agua del mar ρaguamar = 1,03gr × cm−3 Se define como gravedad específica de una sustancia la razón entre su densidad y la densidad del agua. También se le llama densidad específica. Las medidas de densidad son muy importantes en tecnología (medida del estado de las baterías, anticongelantes) como en medicina (valoraciones y análisis de fluidos corporales como la sangre y la orina, pues, por ejemplo, ciertas enfermedades producen secreción de sales que aumentan la densidad de la orina). CIENCIA DE LOS FLUIDOS NEWTONIANO Y NO NEWTONIANO

La Mecánica de los Fluidos se ocupa del estudio de los fluidos Newtonianos exclusivamente; mientras que los fluidos no Newtonianos son parte de una ciencia más amplia denominada Reología (Zitzewitz, 2004). La Reología es la ciencia que estudia y analiza los fenómenos de flujo y deformación y las propiedades mecánicas de los gases, líquidos, plásticos y comprende el estudio de las substancias que “fluyen” pero que su comportamiento no está regido por las propiedades que rigen a los fluidos “comunes”. MEDIACIÓN DE VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS La figura x ejemplifica las curvas de flujo típicas que permiten mostrar algunas diferencias entre los fluidos newtonianos y los no newtonianos. Es de mencionar, que la pendiente de estas curvas representa el comportamiento viscoso en función de la rapidez de deformación. Por ejemplo, para el caso del fluido newtoniano es evidente que la viscosidad es constante e independiente de la rapidez de deformación. Sin embargo, para el fluido no newtoniano adelgazante (también conocido como seudoplastico), la viscosidad (la pendiente de la curva) disminuye al incrementarse la rapidez de deformación. El caso contrario se presenta en el fluido dilatante (conocido como plástico), cuya viscosidad se incrementa al aumentar la rapidez de deformación. El fluido de bingham, se considera no newtoniano por el hecho de necesitar un esfuerzo crítico para empezar a fluir, seguido de un comportamiento newtoniano. Esfuerzo de corte (T) rapidez de deformación (Y).

Representación de curvas de flujo para diferentes fluidos, 1) Fluido newtoniano, 2) Fluido no newtoniano adelgazante, 3) Fluido no newtoniano dilatante, 4) Fluido de BingHam Fluidos newtonianos En el caso en que la relación entre el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación es lineal, se dice que el fluido es newtoniano, en cualquier otro caso se dice que el fluido es no newtoniano. 0 la relación matematica que existe entre el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación se le denomina ecuación constitutiva. Por lo tanto, la ecuación constitutiva para el fluido newtoniano es expresada por: τ = μγ

¿POR QUÉ SE LLAMAN FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS? Newton establece que cuando se mueve un fluido, en forma “laminar”, existe una relación directamente proporcional entre los esfuerzos o tensiones aplicadas y los gradientes (aumentos, disminuciones) de la velocidad del flujo, siendo la constante de proporcionalidad una propiedad física del fluido llamada viscosidad (García, 1995). Aquellos fluidos que verifican este comportamiento se denominan fluidos newtonianos y por ende los fluidos a los que no sea aplicable este comportamiento se les denomina fluidos no Newtonianos. Muchos fluidos comunes tanto líquidos como gaseosos se comportan siguiendo esa relación. EQUILIBRIO HIDROSTÁTICO En un fluido se produce una situación de principio hidrostático cuando en los distintos puntos del mismo existe un equilibrio entre las fuerzas que actúan, como el peso y el empuje vertical derivado de la presión. Esta situación fue descrita en la antigüedad por Arquímedesen un principio que explica que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical ascendente cuyo valor es el peso del volumen de fluido desalojado por el cuerpo. De esta manera, un cuerpo sumergido se halla sujeto a dos fuerzas: su peso, P, y el empuje hidrostático, E, el cual puede considerarse aplicado en un punto, llamado centro de presiones o centro de carena. Cuando los cuerpos son homogéneos, el centro de presiones coincide con el centro de gravedad (c.d.g.). En el estudio del equilibrio hidrostático conviene distinguir dos situaciones: los cuerpos sumergidos y los cuerpos flotantes. En los sumergidos, si el cuerpo no es homogéneo no existirá coincidencia entre el centro de carena y el de gravedad. Entonces, las fuerzas P y E formarán un par que situará al cuerpo en una posición tal que su c.d.g. se encuentre bajo el centro de presiones y ambos en la misma vertical. La densidad de los líquidos aumenta de arriba abajo. Cuando un cuerpo se sumerge, desciende hasta una región en la que su densidad iguala a la del líquido, llegando así a un equilibrio estable, o bien se va al fondo. En el caso de los cuerpos flotantes (recuérdese que siempre tendrán una parte sumergida),para que el cuerpo flote debe cumplirse que el peso y el empuje hidrostático sean iguales: P = E. Además, para que exista equilibrio el centro de gravedad tiene que encontrarse por encima del centro de carena. Cuando un cuerpo flotante se aparta de su posición de equilibrio por un balanceo, el c.d.g. no se mueve, pero sí lo hace el centro de carena. El estudio de estas variaciones es muy importante en ingeniería naval. Así, la condición para que un barco, tras escorarse, recupere el equilibrio es que el punto de intersección de la vertical que pasa por el nuevo centro de carena corte a la línea

definida por el c.d.g. y el antiguo centro de presiones en un punto que se encuentre por encima del centro de gravedad. Tal punto se conoce por metacentro.