Propiedades de los Fluidos

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Densidad: Se define como la masa por unidad de volumen.

ρ= m/V

Para el agua en condiciones normales ρ=1000 kg/m³ = 101.94 UTM/m³.

Para el caso de una mezcla de líquidos ideales (aquellos que al mezclarse no reducen su volumen) se puede utilizar la expresión:

                       1/ρm = (X1/ρ1)+(X2/ρ2)+(X3/ρ3)+...+(Xn/ρn)

                Donde: 

Xn= es la fracción de masa del líquido puro n

rn= representa la densidad del líquido puro n

Volumen Específico: Es el inverso de la densidad, es decir es el volumen que ocupa la unidad de masa.

Vs=1/ρ

Densidad relativa o gravedad específica: Es la relación de la densidad o peso específico de un fluido cualquiera con la densidad o peso específico de un fluido común, que para los líquidos es el agua a la temperatura de 4 °C y para los gases el fluido común es el aire a la presión (760 mm Hg) con una temperatura    ( 15.6 °C ) estándar , esta propiedad es adimensional.

GE = S =  r_liq/ r_{agua =} ϒliq/ϒagua

donde, la densidad del agua a la temperatura de 4 º C es ragua = 1000 Kg/m³ , en cambio a la temperatura de 15.6 °C la densidad es r_agua = 999.04 Kg/m³. Para el aire con valores de presión y temperatura estándar su densidad es raire = 1.225 Kg/m³.

En ciertos líquidos como los derivados de petróleo, existe una escala adoptada por el Instituto Americano del petróleo (API) para indicar la gravedad específica, manifestada como °API  o °Be (grados Baumé), pero en ciertas industrias del petróleo prefieren utilizar el fluido común  (agua) a la temperatura de 15.6 °C, los mismos que pueden ser transformados a gravedad específica con:

S= 141.5/(°API+131.5)

En la escala de grados Baumé para líquidos más pesados que el agua existe la siguiente relación:

S = 140/(°Be+130)  

                         

o para líquidos más ligeros que el agua:

S = 145/(145-°Be)      

                              

Las ecuaciones anteriores son válidas para la temperatura señalada y, cuando se desee conocer la gravedad específica de los líquidos a valores diferentes de 15.6 °C, se recomienda utilizar los nomogramas o tablas respectivas. En el apéndice B Crane.

La medida de Grados API es una medida de cuánto pesa un producto de petróleo en relación al agua. Si el producto de petróleo es más liviano que el agua y flota sobre el agua, su grado API es mayor de 10. Los productos de petróleo que tienen un grado API menor que 10 son más pesados que el agua y se asientan en el fondo.

Peso específico: es el peso de la sustancia por unidad de volumen.

ϒ = W/V = mg/V =   rg

Viscosidad: Físicamente, se le interpreta como las fuerzas de cohesión que tienen sus partículas (moléculas) y mientras más elevadas sean éstas, mayor será el valor de la viscosidad por lo que toman el nombre de fluidos muy viscosos.

Propiedad que tienen los fluidos a oponerse a ser movidos, es decir, una resistencia que presentan los fluidos a fluir, siendo entonces de enorme importancia cuando exista flujo.

Medida de la resistencia del fluido al cote cuando se encuentra en movimiento.

Viscosidad absoluta o dinámica: es directamente proporcional a la tensión de cortadura e inversamente proporcional a la velocidad de deformación.

      μ = τ/(dv/dy)    [Pa.s]

Poise = 10^-1 Pa.s

Viscosidad cinemática: es el cociente de la viscosidad dinámica para la densidad.

ν = μ/r   [m²/s]

Centistoke = 10^-6 m²/s

La viscosidad de un gas aumenta con la temperatura, mientras que la viscosidad de un líquido disminuye con la temperatura.

Mediciones de la viscosidad

Dependiendo del país y del tipo de instrumento existen formas de expresar la viscosidad y, la Sociedad Norteamericana para pruebas y Materiales (ASTM) genera normas y métodos para la medición de la viscosidad, así tenemos entre otros instrumentos a  los:

Viscosímetros de tambor giratorio                             

Viscosímetros de tubo capilar

Viscosímetros de caída de bola

Viscosímetro Universal de Saybolt

Viscosímetro de Engler

Viscosímetro de platos ( discos )

Cada uno de estos instrumentos dan mediciones relativas de viscosidad y existen fórmulas, tablas y nomogramas que nos permiten encontrar su valor en unidades correspondientes de viscosidad cinemática.

Unidades empíricas de viscosidad:

Grados Engler =°E =  (tiempo de vaciado de 200 cm3 de fluido)/
                                                    (tiempo de vaciado de 200 cm3 de agua a 20°C)

ν (cm2/s) = 0.0731 °E - (0.0631/°E)

Segundo Saybolt Universal = SSU = Para líquidos livianos

Segundo Saybolt Furol = SSF = Para líquidos pesados

ν (m2/s) =2.2 *10-7  SSU- (1.8  *10-4 )/SSU 
Sí : 32 < SSU < 100

Si el fluido está definido por los SSU y se debe encontrar su nuevo valor a diferente temperatura T en grados Fahrenheit , se empleará:

SSU = SSUo[1+(T-100)*0.000064]

Para valores de SSU > 2317.4, a la temperatura de 100°F, se puede emplear la siguiente expresión:

SSU = 4.6347 ν

Para SSU> 653.4, a la temperatura de 210°F (99°C), se utilizará:

SSU = 4.6673 ν

En el caso de mezclas líquidas puras, su viscosidad puede ser determinada a través de la siguiente expresión matemática:

log m_mezcla = X₁ log m₁ + X₂ log m₂ + ............ + X_n log m_n

Donde:

m_n=representa la viscosidad del líquido puro

X_n=es la fracción mol del líquido

Ley de Newton de la viscosidad:

τ = m (dv/dy)

Donde:

τ, esfuerzo cortante en ( Pa )

m es la viscosidad dinámica en ( Pa.s )

dv/ dy en ( s^-1 ) deformación del  fluido llamado también gradiente de velocidad