PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS

Propiedades fundamentales de los líquidos

Los líquidos son sistemas deformables constituidos por un número infinito de puntos materiales aislados, infinitesimales. Se trata de sistemas continuos donde no existen "espacios vacíos" dentro de la masa. Desde el punto de vista de la Mecánica cabe destacar las siguientes propiedades fundamentales de los líquidos:

Isotropía: Se conocen como isótropos a las sustancias cuyas propiedades son idénticas en cualquier dirección.

Movilidad: Carencia de forma propia. Aptitud para adoptar cualquier forma, la del recipiente que los contiene.

Viscosidad: También llamada viscosidad dinámica (μ) de un fluido, es la resistencia que éste opone a su deformación, o dicho de otro modo, a que las láminas de fluido deslicen entres sus inmediatas.

Para una misma deformación, distintos fluidos oponen resistencias diferentes, es decir, la viscosidad es una propiedad de los mismos.

Suponiendo una lámina líquida compuesta por infinitas capas paralelas, que se desliza por un contorno sólido, la capa en contacto con el sólido se moverá con una velocidad relativa prácticamente nula, a una cierta distancia   otra capa se mueve prácticamente a la velocidad máxima. Las infinitas velocidades de las capas intermedias varían entre ambos valores extremos, existiendo deslizamiento de unas capas sobre otras.

Se produce un gradiente de velocidad ( ) siendo máximo en la pared y nula a partir de un distancia δ del contorno.

Se llama esfuerzo cortante, a la fuerza (F), por una unidad de superficie, que opone una capa a que otra deslice sobre ella, y es directamente proporcional a la superficie de contacto (S) y al gradiente de velocidad ( ).

El valor de F es:

Fórmula de Newton para la viscosidad

Donde:

μ: viscosidad del líquido, coeficiente de viscosidad, viscosidad absoluta, viscosidad dinámica

S: superficie de cada una de las placas

v: velocidad de una placa respecto a la otra

y: espesor de la lámina líquida

Donde:

Se utiliza también el coeficiente de viscosidad cinética, definido como el cociente entre la viscosidad absoluta   y la densidad del líquido:

En el sistema C.G.S. tiene unidades de:

(Poise)

(Stoke)

En el Sistema Internacional, tiene unidades de:

El valor de la viscosidad es función de la temperatura, de forma que si aumenta la temperatura disminuye la viscosidad.

Para temperaturas entre 10 y 40º C, la viscosidad cinemática puede calcularse aproximadamente mediante la ecuación:

Con t (ºC) y υ (m2/s)

Compresibilidad: Propiedad por la cual los líquidos disminuyen su volumen al estar sometidos a incrementos de presión positivos.

Al comprimir un líquido, ejerciendo una presión sobre él, se produce una disminución del volumen. La relación entre la variación del volumen respecto a la variación de presión se denomina coeficiente volumétrico de elasticidad, el cual para un líquido perfecto vale cero y para un gas es ∞. Para el agua ese valor es 2100 kg/cm2.

Los líquidos son compresibles, aunque para su estudio se considera que son incompresibles. En realidad, puede despreciarse su compresibilidad, ya que es baja en comparación con la que presentan los otros fluidos, como los gases.

Los líquidos que tienen las propiedades de isotropía, movilidad, incompresibilidad y no viscosos se llaman líquidos perfectos. Un líquido (fluido) perfecto no existe en la naturaleza. En los líquidos existe, en la realidad, una atracción molecular, especie de cohesión, que es la viscosidad, y que expresa la resistencia del líquido a dejarse cortar o separar.

Existen otras propiedades de los líquidos como son:

Tensión superficial: La tensión superficial de un líquido se define como el trabajo que hay que aplicar para aumentar en una unidad su superficie libre. Se debe a las fuerzas de atracción que se ejercen entre las moléculas de la superficie libre de un líquido, que son debidas a la cohesión entre sus moléculas y a la adhesión entre las moléculas del líquido y las paredes del recipiente.

Los casos que se pueden presentar en función del balance entre las fuerzas de cohesión y adhesión son los siguientes:

1) Cohesión   Adhesión con el aire: El líquido libre adquiere una forma determinada sin necesidad de recipiente. Es el caso de las gotas de agua, que son esféricas, y es válido para volúmenes pequeños.

2) Adhesión   Cohesión: Se dice que el líquido moja el recipiente. Menisco cóncavo.

3) Adhesión   Cohesión: El líquido no moja el recipiente. Menisco convexo.

En Hidráulica la tensión superficial tiene poca importancia porque las cargas hidrodinámicas son mucho mayores.

Tensión de vapor: Las moléculas de los líquidos se mueven en todas las direcciones y con todas las velocidades posibles. Solo las moléculas que posean una energía cinética mayor que las fuerzas de atracción podrán escapar del líquido, produciéndose su evaporación. Las moléculas escapadas quedan sobre la superficie libre del líquido y contribuyen a aumentar la presión del gas exterior con una presión parcial que se denomina tensión de vapor. Esta tensión de vapor irá aumentando hasta que el número de moléculas que entran en el líquido se iguale con las que salen, estableciéndose un equilibrio entre el líquido y su tensión de vapor, que se conoce como tensión máxima de saturación (tms). La tensión máxima de saturación varía en función de la temperatura y la naturaleza del líquido.

Cuanto menor sea la presión a que está sometido un líquido menor será la temperatura a la que se produce su vaporización, es decir, su temperatura de saturación, y viceversa: cuanto menor sea la temperatura del líquido menor será la presión de vaporización. Por ejemplo, a la presión atmosférica normal (1 atm) el agua hierve a 100ºC, pero si se somete el agua a la presión absoluta de 0,01 atm, herviría a 7ºC.

Si en algún lugar de la conducción la presión es menor que la tensión de vapor a esa temperatura, el líquido hierve. Si posteriormente la presión aumenta hasta ser mayor que la tensión de vapor, el líquido se condensa.

Las sucesiones continuadas de estos dos fenómenos producen vibraciones, contracciones y golpeteos que producen la corrosión de la conducción por cavitación, una de las mayores causas de avería en las instalaciones de bombeo. Se aprecian vibraciones en los manómetros y los daños se producen donde el gas pasa a líquido, como si se hubieran dado martillazos. La vena líquida disminuye al llevar una parte de gas, con lo que la sección disminuye a efectos prácticos, y con ella el caudal transportado.

Hidráulica y riegos

Copyright 2007, Autores y Colaboradores. Cite/attribute Resource. Esta obra se publica bajo una licencia Creative Comm