Fluidos: generalidades y definiciones. Introducción a la Física Ambiental. Tema 4.
Tema 4. IFA (Prof. RAMOS)
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Tema 4.- Fluidos Generalidades y Definiciones. • El fluido como medio continuo. • Mecánica de los medios continuos: Tensiones y Deformaciones. • Caracterización de los fluidos. • Viscosidad: Absoluta y Cinemática. • Fluidos Newtonianos y no Newtonianos. • Fenómenos de superficie: Tensión superficial y capilaridad. • Ley de Laplace. • Ley de Jurin. Tema 4. IFA (Prof. RAMOS)
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El fluido como medio continuo: estados de la materia. • Visión macroscópica del medio fluido. – Se considera que en los elementos infinitesimales de volumen, dV, hay un número muy elevado de partículas, NA.
• Característica de fluir. – Cambio de posición y velocidad relativa entre las diferentes partes del sistema.
• Sistemas termodinámicos considerados como fluidos. – La caracterización de un sistema como fluido depende de la naturaleza del sistema, el proceso que se realiza y la constante de tiempo. • Gases (aerodinámica). • Líquidos (hidrodinámica). • Sólidos (asfaltos, glaciares, vidrios). Tema 4. IFA (Prof. RAMOS)
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El fluido como medio continuo: descripción. • Variables descriptivas de la dinámica de un fluido. r – Campo escalar de presiones: P ( r , t ) r r – Campo escalar de velocidades: v ( r , t ) r – Distribución espacio-temporal de densidades: ρ ( r , t ) • Causas del movimientor de un fluido. – Fuerzas externas. Fext – Fuerzas interatómicas.
r Fij = 0 r Gas de Van der Walls. Fij ∝ a
• Gas ideal. •
V2
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Clasificación de los procesos en dinámica de fluidos. Dinámica de Fluidos Fluidos compresibles Densidad#cte.
Fluidos incompresibles Densidad=cte.
Fluidos Viscosos Viscosidad#0
Fluidos Ideales No Viscosos
Flujo Transitorio v(r,t)- velocidad.
Flujo estacionario Velocidad independiente de t Régimen turbulento Re>Rec
Régimen laminar Re>⇒
dv >> dz
– Asfaltos, coloides, geles... Tema 4. IFA (Prof. RAMOS)
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Fluidos Newtonianos y no Newtonianos.
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Fluidos Newtonianos y no Newtonianos.
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Fluidos Newtonianos y no Newtonianos.
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Fenómenos de superficie. • Fuerzas de cohesión molecular en la interfase.
– Tensión superficial:
– Capilaridad: Tema 4. IFA (Prof. RAMOS)
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Fenómenos de superficie: Tensión superficial. • Es la fuerza restauradora que aparece en la interfase sólido líquido de un sistema. Es proporcional a la longitud de contacto del sólido.
r F = 2γL
[γ ] = Nm −1 = MT −2
– σ, Tensión superficial.
• Medida de la tensión superficial.
F = mg + 2γ (2πr )
γ=
F − mg 4πr
Problema 3. Hoja IFA4
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Valores de la tensión superficial. Líquido
σ(Nm-1) x 102 T (ºC)
Aceite de oliva
3.20
20
Glicerina
6.31
20
Agua
7.56
0
Agua
7.28
20
Agua
6.62
60
Agua
5.89
100 P = Patm=101.3 kPa
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Ley de Laplace • Relaciona la diferencia de presiones, interna y externa, en una membrana cerrada (esférica) con la tensión superficial de la misma. – Fuerza debida a la tensión superficial:
r F = σL = 2πrγ – Fuerza debida a la diferencia de presión:
r Fp = ( Pi − Pe )πr 2 – En equilibrio mecánico:
2πrσ = ( Pi − Pf )πr 2 ⇒ Pi − Pf =
2σ r
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Fenómenos de superficie: capilaridad. • El contacto de un líquido con las paredes del tubo de sección circular que lo contiene se realiza formando un menisco o ángulo de contacto, θ. Función del fluido y el tipo de superficie de contacto.
• La ascensión de un líquido en el interior de un tubo de sección circular, capilar, se produce por la concurrencia de las siguientes fuerzas. – Componente vertical de las fuerzas de contacto:
