RONNY GARNICA - Los Fluidos y sus Propiedades

Fluido

Es toda sustancia que tiene la propiedad de fluir y cuyas moléculas tienen poca fuerza de atracción entre sí, ocasionando que ante la aplicación de una fuerza sobre él ceda inmediatamente, variando la posición que toman sus moléculas y adoptando 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, siendo los segundos mucho menos viscosos. 

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.

Ejemplos de fluidos son el agua, el helio superfluido o el plasma sanguíneo. Hay materiales que parecen sólidos, pero que sin embargo exhiben las características que tienen los fluidos, por ejemplo el alquitrán. Poniendo un ladrillo encima de un gran trozo de alquitrán se observa que se hunde poco a poco hasta llegar al fondo.

Los gases, por el contrario, constan de partículas en movimiento bien separadas que chocan unas con otras y tratan de dispersarse, de tal modo que los gases no tienen forma ni volumen definido. Y así adquieren la forma el recipiente que los contenga y tienden a ocupar el mayor volumen posible (son muy expandibles).

Algunos ejemplos sencillos de fluidos son: el agua, el aceite, el aire, el alcohol, la magma volcánica (lava), la salsa de tomate, la pintura, los gases nobles (neón, xenón, kriptón, helio, entre otros), la sangre, mezclas húmedas de agua con harina o agua con cemento.

Los fluidos tienen las siguientes propiedades

Viscosidad:

Se trata de la fricción que ofrecen los fluidos cuando sus partículas son puestas en movimiento por alguna fuerza y que tiende a impedir la fluidez. . Esto se debe a que las partículas del fluido no se mueven todas a la misma velocidad, produciendo choques entre ellas que retrasan el movimiento. Por ejemplo, una sustancia como el crudo pesado es sumamente viscosa y fluirá mucho más lenta y difícilmente que una de baja viscosidad como el alcohol o el agua.

Densidad

Es la magnitud escalar que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo, independientemente del tamaño y de la masa total y se mide en kilogramos por metro cúbico (kg/m³).

Volumen

Se trata de la cantidad de espacio tridimensional que el fluido ocupa en una región determinada, considerando longitud, altura y ancho. Los líquidos poseen un volumen específico, mientras que los gases poseen el volumen el recipiente que los contenga.

Presión

Es la fuerza que su masa ejerce sobre los cuerpos que se encuentren dentro de él. Por ejemplo, un objeto que cae al fondo de un lago tendrá encima el peso de todo el volumen de agua completo, lo cual se traduce en mayor presión que estando en la superficie. En los fondos marinos la presión es muchas veces mayor que la de la atmosfera terrestre.

Tensión superficial

Técnicamente se entiende como la cantidad de energía necesaria para aumentar la superficie de un líquido por unidad de área, pero puede entenderse como la resistencia que presentan los fluidos, sobre todo los líquidos, al aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.

Capilaridad

Es la fuerza de cohesión intermolecular de los fluidos que les permite subir por un tubo capilar, en contra de la gravedad, dado que su atracción interna es mucho mayor a la atracción de sus partículas por el material del tubo. La tensión superficial, junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad.

Temperatura

El grado total de energía interna de un sistema termodinámico (un cuerpo, un espacio, etc.), que equivale a la energía cinética total de sus partículas y es medible mediante el registro de calor expedido de un termómetro.

Peso específico

Es la relación entre el peso de una sustancia por unidad de volumen (no dependen de la cantidad de materia). Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo o porción de materia entre el volumen que éste ocupa. En el Sistema Internacional, se mide en Newton por metro cúbico (N/m³).

Conductividad térmica

Representa la capacidad de transmisión del calor de los fluidos, es decir, de transferir la energía cinética de las partículas a otras adyacentes con las que está en contacto.

Coeficiente de difusión

Este valor representa la facilidad con que un soluto específico se mueve en un disolvente dado, dependiendo del tamaño del soluto, la viscosidad del solvente, la temperatura de la mezcla y la naturaleza de las sustancias.

Masa

Es una magnitud escalar, el cual se define como la medida de la inercia que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg).

Peso

Es una magnitud vectorial, el cual se define como la fuerza con la cual un cuerpo actúa sobre un punto de apoyo, a causa de la atracción de este cuerpo por la fuerza de la gravedad.

Densidad relativa

Es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades

Presión de vapor

Más comúnmente llamado presión de saturación, es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. Este fenómeno también lo presentan los sólidos cuando pasa al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido (denominado sublimación) o viceversa (llamado deposicitación o sublimación inversa).

Flujo másico

Es la magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo. Se trata de algo frecuente en sistemas termodinámicos, pues muchos de ellos (tuberías, turbinas, compresores, difusores...) actúan sobre un fluido que lo atraviesa. Su unidad es el kg/s

Flujo volumétrico

O tasa de flujo de fluidos, es el volumen de fluido que pasa por una superficie dada en un tiempo determinado.

NOTA: A las propiedades que no dependen de la cantidad de materia se las llama "Propiedades Intensivas". Dentro de estas están el punto de ebullición, el brillo, el color, la dureza y el punto de fusión.

Clasificación de los Fluidos

De acuerdo con el comportamiento viscoso que presentan, los fluidos pueden ser de tres tipos:

Fluidos perfectos o superfluidos

También llamados “fluidos perfectos”, se caracterizan por carecer totalmente de viscosidad, es decir, de fluir ante la menor fuerza aplicada sin ofrecer resistencia, de manera que, en un circuito cerrado, fluiría interminablemente sin fricción. Este tipo de fluidos son de origen sintético.

Fluidos newtonianos

Es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante. Los fluidos newtonianos son uno de los tipos de fluidos más sencillos de describir. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, los geles y la sangre, que son ejemplos de fluido no newtoniano.

Fluidos no newtonianos

Es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.

Si se lo somete a una fuerza repentina, reaccionará como un sólido, ofreciendo resistencia; mientras que si se lo deja en reposo fluirá como un líquido más o menos denso.