Preparar y acondicionar elementos y máquinas de la planta química. QUIE0108. Adrián del Salvador Yaque Sánchez

al cuadrado (Kg · m · s^-2), y la unidad en el S.A. es la libra fuerza (lbf) que equivale a una libra pie por segundo al cuadrado (lb · pie · s^-2).

      Puesto que se habla de fluidos, líquidos y gases, es conveniente relacionar la masa y el peso del fluido con su volumen. Para ello se definen las propiedades de la densidad y del peso específico.

       Definición

      Densidad Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia.

      Peso específico Es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia.

      Si se denota la densidad con la letra griega ρ, se tiene:

      ρ = m / V

      Donde:

      V es el volumen de la sustancia que tiene la masa m.

      La unidad de la densidad en el S.I. es el kilogramo por metro cúbico (Kg · m^-3), y en el S.A. es la libra por pie al cubo (lb · pie^-3).

      Si se denota el peso específico con la letra griega γ, entonces:

      γ = P / V

      Donde:

      V es el volumen de una sustancia que tiene peso P.

      La unidad del peso específico en el S.I. es el newton por metro cúbico (N · m^-3), y en el S.A. es la libra fuerza por pie al cubo (lbf · pie^-3).

      La relación entre el peso específico y la densidad de una sustancia se lleva a cabo mediante la siguiente ecuación:

      γ = r · g

      Donde: g es la aceleración de la gravedad.

      Esta ecuación se justifica teniendo en cuenta las definiciones de la densidad y el peso específico, junto con la ecuación que relaciona la masa y el peso.

      Las propiedades de los fluidos varían con la temperatura. En general, la densidad y el peso específico disminuyen con el aumento de la temperatura.

      Viscosidad

      Cuando un fluido se mueve con respecto a un sólido o con respecto a otro fluido se produce una fricción o rozamiento en la dirección opuesta al movimiento del fluido, parecida a la que se produce sobre el suelo cuando se pretende mover una mesa de un lugar a otro. Por ello es necesario aplicar una fuerza suficiente en el sentido del flujo para poder vencer esta fricción.

       Definición

      Viscosidad Es la propiedad que representa la resistencia interna de un fluido al movimiento o al fluir.

       Ejemplo

      Si se mueve un líquido encerrado entre dos placas paralelas muy largas y muy anchas, y se hace desplazar, por ejemplo, la placa superior paralelamente a la inferior por la aplicación de una fuerza (F) a una velocidad constante (v), el líquido en contacto con la placa superior se pega a la superficie de esta y se mueve con ella a la misma velocidad. Sin embargo, el líquido en contacto con la placa inferior toma la velocidad de esa placa que como no se desplaza, es cero. De esta manera se produce un perfil de velocidades desde la placa superior donde estaría la velocidad máxima (v) hasta la placa inferior con velocidad cero, es decir, la velocidad del líquido varía entre 0 y v de forma lineal

      Esto se debe a la fuerza de fricción interna que se desarrolla en las diferentes capas del fluido a medida que se obligan a moverse una con relación a las otras. Esta medida de resistencia a la deformación del fluido o de rozamiento entre las capas del fluido por la fuerza que se aplica para moverlo es la viscosidad. Por tanto, la viscosidad sólo se produce con fluidos en movimiento y no con fluidos en reposo.

      En los líquidos, la viscosidad se debe a las fuerzas de cohesión entre las moléculas que hace que aparezca esta fricción entre las capas, y en los gases por las colisiones que se producen entre las moléculas cuando se produce el movimiento del gas. Los líquidos son mucho más viscosos que los gases.

       Nota

      El aceite fluye más despacio que el agua porque tiene mayor viscosidad.

      En general, la viscosidad de los líquidos decrece con la temperatura y en los gases aumenta gracias a ella. La dependencia respecto a la presión del fluido es baja.

      La viscosidad se puede medir con un parámetro llamado coeficiente de viscosidad. Existen dos:

      1 Coeficiente de viscosidad o viscosidad dinámica. Se designa por la letra griega μ y sus unidades en el S.I. son kilogramo por metro y por segundo (kg · m-1 · s-1) o también pascales segundo (Pa·s). Su unidad en el S.A. es la libra por pie y por segundo (lb · pie-1 · s-1). Otra unidad que se utiliza es el poise (p) o el centipoise (cp) que es la centésima parte del poise. La relación entre el poise y las unidades del S.I. y del S.A. son:

      1 p = 100 cp = 0,1 Pa·s = 0,1 kg · m^-1 · s^-1 = 6,7197 · 10^-2 lb · pie^-1 · s^-1

      1 Coeficiente de viscosidad o viscosidad cinemática. Se designa por la letra v, y es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. Su unidad en el S.I. es metro por segundo (m · s-1), y su unidad en el S.A. es el pie por segundo (pie · s-1). Otra unidad que se utiliza es el stoke (St). La relación entre el stoke y las unidades del S.I. y del S.A. son:

      1 St = 0,0001 m · s^-1 = 3,28 · 10^-2 pie · s^-1

      Tensión superficial

      Se ha observado que en la interfase entre un gas y un líquido o entre dos líquidos inmiscibles se crean fuerzas en la superficie del líquido que hacen que su superficie se comporte como una película, membrana o piel aunque esta no existe realmente.

       Definición

      Tensión superficial Es la fuerza de atracción molecular por unidad de longitud unitaria a lo largo de cualquier línea de la superficie.

      Por ejemplo, si se ponen gotas de mercurio en una superficie o si se aprecian las gotas de agua que caen de un grifo o una gota de sangre sobre un vidrio, estas tienen forma esférica casi perfecta debido a que las fuerzas de cohesión de las moléculas en su superficie tienden a mantenerlas juntas en una configuración compacta.

      Es decir, las moléculas en el interior del líquido están rodeadas de moléculas que son atraídas entre sí de igual manera, de tal forma que en promedio se anulan. Pero las moléculas a lo largo de toda la superficie están sometidas a esa misma fuerza neta hacia el interior del líquido, ya que la fuerza que puede aplicar una molécula de gas hacia el exterior sobre las moléculas líquidas de la superficie es despreciable. Esa fuerza de tracción hacia el interior del líquido tiene como consecuencia física la creación de la hipotética membrana y que tiendan a aglutinarse reduciendo el número de moléculas en la superficie, y reduciendo al máximo el área o superficie del fluido, dando lugar a la forma esférica.

      El valor de