HIDRÁULICA APLICADA 1 PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA • VISCOSIDAD • Viscosidad dinámica (µ): La viscosidad es una medida de la resistencia a fluir del líquido como resultado de la interacción y cohesión de sus moléculas. • Entre las moléculas de un fluido existen fuerzas moleculares que se denominan fuerzas de cohesión. • Al desplazarse unas moléculas con la relación a las otras, se produce a causa de ellas una fricción, a éste coeficiente de fricción interna se le denomina viscosidad o viscosidad dinámica. • La viscosidad como cualquier otra propiedad del fluido, depende del estado del fluido caracterizado por la presión y temperatura. • Unidades: En el Sistema Internacional S.I. 1µ = N = kg.m s² 1Ns 1 Pa . S 1 Kg (Expresión en las unidades = = m² m.s fundamentales del S.I.) 1 kg/m . s s² m² = kg s.m 2 PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA • VISCOSIDAD • Viscosidad cinemática (ʋ): En hidrodinámica intervienen junto con las fuerzas debida a la viscosidad, las fuerzas de inercia, que dependen de la densidad, por eso tiene un significado importante la viscosidad dinámica referida a la densidad, o sea la relación de la viscosidad dinámica µ a la densidad ρ, que se denomina viscosidad cinemática. ʋ = µ ρ µ = kg m.s = kg m.s kg m³ • Unidades en el S.I. ρ kg = m³ ʋ kg.m³ = m² = kg.m.s s m² ʋ = s 3 DENSIDAD ESPECÍFICA O DENSIDAD ABSOLUTA , PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD RELATIVA • Estos cuatro parámetros no constituyen propiedades distintas, sino cuatro expresiones distintos de la misma propiedad. • DENSIDAD ESPECÍFICA O DENSIDAD ABSOLUTA. • La densidad es la masa por la unidad de volumen: ρ = m v • m= masa en kg S.I. • v= volumen m³ S.I. • La densidad absoluta es función de la temperatura y de la presión. La variación de la densidad absoluta de los líquidos es muy pequeña, salvo a muy altas presiones. • Ecuación de dimensiones 𝝆 = 𝑴 𝑳 1ρ = −𝟑 1 kg m³ • La densidad del agua destilada a la presión atmosférica de T°= 4 °C es máxima e igual aproximadamente a: 1000 kg ρ = m³ 4 PESO ESPECÍFICO • Peso específico es el peso por unidad de volumen. ɣ w v = • w = peso en N, S.I. • v = volumen m³, S.I. • El peso específico es función de la temperatura y de la presión, aunque en los líquidos no varía prácticamente con esta última. • Ecuación de dimensiones: ɣ = 𝑾/𝑽 = 𝑭 𝑳 −𝟑 = 𝑴 𝑳 −𝟐 𝑻 −𝟐 • Unidad en el S.I. • 1 ɣ = 1N/ m³ = 1 kg/(m²seg²) • También w=mg, se tiene: ɣ = w v = mg v ρ = m v = m = ɣ = ρg ɣ = w v = kg m³ = ρv ɣ = ρvg v 1000 kg m³ 5 DENSIDAD RELATIVA (Dr) • Densidad Relativa (Dr): Es la relación entre la masa (peso) del cuerpo a la masa (peso) de un mismo volumen de agua destilada a la presión atmosférica y 4 °C. Esta relación es igual a la de los pesos específicos del cuerpo en cuestión y del agua en las mismas condiciones. Es evidente que la densidad relativa es una magnitud adimensional. • La densidad relativa es función de la temperatura y presión. • Densidad relativa de algunos líquidos. Líquido Agua dulce Agua de mar Alcohol sin agua Glicerina Mercurio Densidad Relativa 1.00 1.02 -1.03 0.79-0.80 1.26 13.60 T °C 4 4 15 0 0 6 COMPRESIBILIDAD • Compresibilidad: En los fluidos, lo mismo que en los sólidos se verifica la ley fundamental de la elasticidad: • El esfuerzo unitario es proporcional a la deformación unitaria. • La compresibilidad de un fluido es una medida del cambio de volumen (y por tanto de su densidad) cuando se somete a diversas presiones. • En nuestro caso, el esfuerzo unitario considerado es el de compresión Δp, la deformación unitaria es la deformación unitaria de volumen Δv/v, por lo tanto la ley anterior se traduce en la siguiente fórmula: Δp • • • • • = - Ev Δv v (-) - Ev = (-) ΔP Δv/v Ev - ΔP = Δv/v Donde: Δp= Esfuerzo unitario de compresión v = Unidad de volumen Δv= Incremento de volumen Ev= Módulo de elasticidad volumétrica 7 COMPRESIBILIDAD • El signo “–” expresa que a un incremento de presión corresponde un decremento (o menos incremento) de volumen. • Para el agua Ev=20 000 bares. • Ejm: • Encontrar la variación de volumen que experimenta 1 m³ de agua a 20 °C cuando se somete a un incremento de presión de 20 kg/cm². • Ev=2.225x10⁴ kg/cm² Δp Δv = = - Ev Δv v -Ev = ΔP Δv/v -Ev = ΔP.v Δv Δv = -ΔP.v Ev Δv = 20 kg/cm²x1cm³ 2.225x10⁴kg/cm² -0.000899 8
