FLUIDOS

FLUIDOS

 Densidad o Densidad Absoluta

El valor de la densidad de un objeto homogéneo se obtiene dividiendo la masa de todo el objeto por el volumen que ocupa. La representaremos con la letra rho del alfabeto griego.

= masa / volumen = m/v [ kg/ m³ ]

La densidad no tiene propiedades direccionales, es un escalar. La variación de la densidad en los líquidos y los sólidos es muy pequeña para rangos grandes de presión y temperatura: la densidad puede considerarse como una constante.

En el Sistema Internacional (SI) las unidades de densidad son:

(kg/m³), pero a menudo se utilizan las unidades del sistema cgs (g/cm³)

Densidad Relativa

La densidad de una sustancia puede ser expresada además de una escala relativa, llamada gravedad específica o como se le conoce densidad relativa.

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)

donde es la densidad relativa, es la densidad de la sustancia, y es la densidad de referencia o absoluta.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³.

Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

Cambios de densidad

En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o la temperatura.

-Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta.

-Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). Existen notables excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperaturas.

Por otro lado, la densidad de los gases es fuertemente afectada por la presión y la temperatura. La ley de los gases ideales describe matemáticamente la relación entre estas tres magnitudes:

donde es la constante universal de los gases ideales, es la presión del gas, su masa molar, y la temperatura absoluta.

Eso significa que un gas ideal a 300 K (27 °C) y 1 atm duplicará su densidad si se aumenta la presión a 2 atm manteniendo la temperatura constante o, alternativamente, se reduce su temperatura a 150 K manteniendo la presión constante.

Picnómetro.

La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos. Los instrumentos más comunes para medir la densidad son:

• El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido.

• El picnómetro, que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y gases (picnómetro de gas).

• La balanza hidrostática, que permite calcular densidades de sólidos.

• La balanza de Mohr (variante de balanza hidrostática), que permite la medida precisa de la densidad de líquidos.

EJEMPLO:

Globos aerostáticos

El globo aerostático tiene como condición de diseño el levantar la canasta y las personas dentro de ésta. Para lograrlo cumple con un sistema de quemadores que calientan el aire dentro del globo. De esta manera, el aire dentro del globo se expande. Una parte de éste sale, lo que hace que el peso total disminuya y, por ende, que el globo suba. De manera inversa, para poder descender el quemador se apaga haciendo que el aire se enfríe y contraiga.

 Presión Atmosférica

El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa como el aire y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión que es la presión atmosférica.

Es por esto que la presión atmosférica es el peso que la atmósfera ejerce sobre todos los puntos de la superficie terrestre. Esta varía con la altura a causa de que el peso total de la atmósfera por encima de un punto disminuye cuando nos elevamos. La presión atmosférica decrece a razón de 1 mmHg o Torr por cada 10 m de elevación en los niveles próximos al mar, esto se mide con un barómetro. La presión atmosférica en un punto representa el peso de una columna de aire de área de sección recta unitaria que se extiende desde ese punto hasta el límite superior de la atmósfera. Como la densidad del aire disminuye cuando nos elevamos, no podemos calcular ese peso a menos que seamos capaces de expresar la densidad del aire ρ en función de la altitud z o de la presión p. La medida de presión atmosférica del Sistema Internacional de Unidades (SI) es el newton por metro cuadrado (N/m²) o Pascal (Pa).

Para el caso de los líquidos obtuvimos una expresión que nos permite calcular el valor de la presión en dependencia de la profundidad. Sin embargo, la expresión para el cálculo de la presión en el interior de un gas es diferente de la de los líquidos, debido a que la densidad del gas depende muy fuertemente de la presión.

La tierra se encuentra rodeada de una capa de gas, a la que llamamos atmósfera. En realidad es una capa de gases, pero se comporta como uno solo al que llamamos aire. La composición de la atmósfera es: 78% de Nitrógeno, 20% de Oxígeno y 1% de Argón y el resto tiene gases como el carbono, neón, helio, vapor de agua, etc. La atmósfera se divide en diversas capas:

La Troposfera llega hasta un límite superior situado a 9 km de altura en los polos y los 18 km en el ecuador. En ella se producen importantes movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) y hay relativa abundancia

...