Le dedicamos este trabajo primero agradeciendo a Dios por darnos mucha salud y fuerzas para poder hacer el trabajo como teníamos planificado. Y sobre todo les dedicamos nuestro trabajo a nuestros padres por confiar en nosotras y también a nuestro profesor Cornelio Gonzales por su apoyo y motivación para la culminación de este trabajo muy importante para nosotras.

Alumnas:

Alvarado Dulanto Nataly Cavero Zurita Ana

Profesor: Cornelio González

Curso: Ciencia Tecnología y Ambiente

Año y Sección: 5to “F”

Tema: Hidronímica: Movimiento de los líquidos

La Hidronímica estudia el comportamiento de los líquidos en movimientos. Ejemplo:

Si perforas solo un agujero en un tarro de leche e intentas vaciarlo, notaras que después de caer algunas notas, la leche deja de salir.

En este caso la leche no se mueve porque no existe una diferencia de presión entre el exterior y el interior del tarro; sin embargo, si hacemos un segundo agujero, como se suele hacer, la presión atmosférica se aplicara por este y establecerá una diferencia de presiones causando el vaciado de la leche.

Por eso es necesario que exista una diferencia de presiones en los extremos de una porción del liquido.

Daniel Bernoulli

(Groninga (Holanda), 8 de febrero de 1700 - Basilea, 17 de marzo de 1782) fue un matemático, estadístico,físico y médico holandés-suizo. Destacó no sólo en matemática pura, sino también en las llamadas aplicadas, principalmente estadística y probabilidad. Hizo importantes contribuciones en hidrodinámica y elasticidad.

Ecuación de Bernoulli

donde:P= presión hidrostáticap= densidadg= Aceleración de la Gravedadh= Altura del Puntov= La velocidad del fluido en ese punto

Los subíndices 1 y 2 se refieren a los dos puntos del circuito.

En 1738, el matemático y físico suizo Daniel Bernoulli Afirmo que la presión de un liquido o un gas disminuye conforme aumenta su velocidad.

Describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a

lo largo de su recorrido.

Aplicaciones del principio de Bernoulli

ChimeneaLas chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es más constante y elevada a mayores alturas. Cuanto más rápidamente sopla el viento sobre la boca de una chimenea, más baja es la presión y mayor es la diferencia de presión entre la base y la boca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustión se extraen mejor.

TuberíaLa ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa por ella, se reducirá la presión.

NataciónLa aplicación dentro de este deporte se ve reflejado directamente cuando las manos del nadador cortan el agua generando una menor presión y mayor propulsión.

Carburador de automóvilEn un carburador de automóvil, la presión del aire que pasa a través del cuerpo del carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. Al disminuir la presión, la gasolina fluye, se vaporiza y se mezcla con la corriente de aire.

Flujo de fluido desde un tanqueLa tasa de flujo está dada por la ecuación de Bernoulli.

Dispositivos de VenturiEn oxigenoterapia, la mayor parte de sistemas de suministro de débito alto utilizan dispositivos de tipo Venturi, el cual está basado en el principio de Bernoulli.

AviaciónLos aviones tienen el extradós (parte superior del ala o plano) más curvado que el intradós (parte inferior del ala o plano). Esto causa que la masa superior de aire, al aumentar su velocidad, disminuya su presión, creando así una succión que sustenta la aeronave.

Hasta el momento hemos considerado líquidos ideales que carecen de rozamiento y se desplazan sin fricción sobre las superficies de una tubería.Los líquidos reales tienen una resistencia interna al flujo, que se describe como viscosidad.La resistencia interna causa que los líquidos se muevan en capas unas con respeto a otras. Este movimiento en capas, llamado flujo laminar, es característico de un flujo que viaja a velocidades bajas. A velocidades muy altas el flujo se convierte en rotacional o turbulento.

Movimiento de un liquido viscoso por un tubo

Cuando un liquido viscoso se mueve ene le interior de un tubo hay una fricción entre el liquido y las paredes del tubo, y la velocidad se hace máxima en el centro del tubo. La velocidad media (ѵ) de un liquido viscoso que pasa por un tubo se calcula:

Donde p es la diferencia de presiones que mantiene un flujo constante ene l tubo, r es el radio del tubo, L es la longitud del tubo y ŋ es el coeficiente de viscosidad del liquido que se expresa en poiseuille (PI), que equivale a N. s/m2

V = r² p8ŋ L

¿Qué es Viscosidad?La viscosidad es la principal característica de la mayoría de los productos lubricantes. Es la medida de la fluidez a determinadas temperaturas.Si la viscosidad es demasiado baja el film lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal-metal.Si la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capaz de llegar a todos los intersticios en donde es requerido.Al ser alta la viscosidad es necesaria mayor fuerza para mover el lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de aceite, además de no llegar a lubricar rápidamente en el arranque en frio.La medida de la viscosidad se expresa comúnmente con dos sistemas de unidades SAYBOLT (SUS) o en el sistema métrico CENTISTOKES (CST).Como medida de la fricción interna actúa como resistencia contra la modificación de la posición de las moléculas al actuar sobre ellas una tensión de cizallamiento.La viscosidad es una propiedad que depende de la presión y temperatura y se define como el cociente resultante de la división de la tensión de cizallamiento (t ) por el gradiente de velocidad (D).m =t / DCon flujo lineal y siendo constante la presión, la velocidad y la temperatura.Afecta la generación de calor entre superficies giratorias (cojinetes, cilindros, engranajes). Tiene que ver con el efecto sellante del aceite. Determina la facilidad con que la maquinaria arranca bajo condiciones de baja temperatura ambiente.

Índice de ViscosidadLos cambios de temperatura afectan a la viscosidad del lubricante generando así mismo cambios en ésta, lo que implica que a altas temperaturas la viscosidad decrece y a bajas temperaturas aumenta. Arbitrariamente se tomaron diferentes tipos de aceite y se midió su viscosidad a 40*C y 100*C, al aceite que sufrió menos cambios en la misma se le asignó el valor 100 de índice de viscosidad y al que varió en mayor proporción se le asignó valor 0 (cero) de índice de viscosidad. Luego con el avance en el diseño de los aditivos mejoradores del índice de viscosidad se logró formular lubricantes con índices mayores a 100.

Líquido h ·10-2 kg/(ms)

Aceite de ricino

120

Agua 0.105

Alcohol etílico 0.122

Glicerina 139.3

Mercurio 0.159

Fluido viscoso

En un fluido viscoso (figura de la derecha) el balance de energía es muy diferente. Al abrir el extremo del tubo, sale fluido con una velocidad bastante más pequeña. Los tubos manométricos marcan alturas decrecientes, informándonos de las pérdidas de energía por rozamiento viscoso. En la salida, una parte de la energía potencial que tiene cualquier elemento de fluido al iniciar el movimiento se ha transformado íntegramente en calor. El hecho de que los manómetros marquen presiones sucesivamente decrecientes nos indica que la pérdida de energía en forma de calor es uniforme a lo largo del tuboViscosidad de algunos líquidos

Tensión Superficial:Las moléculas de un liquido están ligadas por fuerzas de cohesión, que hacen que los líquidos formen en su superficie una especie de membrana

Un objeto que se apoye sobre una superficie liquida tendrá que romper la fuerza de cohesión que ejercen las moléculas de la superficie para ingresar al liquido y mojarse.La tensión superficial es un fenómeno físico que se presenta en la superficie de un liquido haciendo que esta forme una especie de membrana elástica.

La tensión superficial del agua es mayor que la de cualquier liquido (excepto mercurio). Este hecho es de gran importancia, debido a la omnipresencia del agua en los sistemas biológicos

Tensión superficial en los líquidosEn un fluido cada molécula interacciona con las que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, abarca a las moléculas vecinas más cercanas. Vamos a determinar de forma cualitativa, la resultante de las fuerzas de interacción sobre una molécula que se encuentra enA, el interior del líquidoB, en las proximidades de la superficieC, en la superficie

Consideremos una molécula (en color rojo) en el seno de un líquido en equilibrio, alejada de la superficie libre tal como la A. Por simetría, la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las moléculas (en color azul) que la rodean, será nula.En cambio, si la molécula se encuentra en B, por existir en valor medio menos moléculas arriba que abajo, la molécula en cuestión estará sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del líquido.Si la molécula se encuentra en C, la resultante de las fuerzas de interacción es mayor que en el caso B.La fuerzas de interacción, hacen que las moléculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del líquido.Como todo sistema mecánico tiende a adoptar espontáneamente el estado de más baja energía potencial, se comprende que los líquidos tengan tendencia a presentar al exterior la superficie más pequeña posible.

La siguiente figura muestra un ejemplo de cómo algunos animales utilizan la tensión superficial del agua. En la figura se observa un arácnido, fotografiado mientras camina sobre el agua. Se observa que el peso del arácnido está distribuido entre sus ocho patas y el abdomen, por lo que la fuerza de sustentación que debe proveer la superficie del agua (la tensión superficial) sobre las ocho patas y el abdomen debe ser igual al peso del arácnido.

Con moléculas de otras sustancias puede haber atracción o repulsión. La dirección de resultante (sólido-líquido + líquido-líquido) hace que el líquido se eleve o hunda levemente muy cerca de paredes sólidas verticales, según haya atracción o repulsión. Para diferentes combinaciones de líquidos y sólidos se tabulan los ángulos de contacto. Ángulos menores de 90º corresponden a atracción y mayores de 90º a repulsión. Esto también explica la formación de meniscos en tubos angostos y el ascenso o descenso de líquido por tubos capilares.

Ejemplo de tensión superficial: una aguja de acero sobre un líquido.

Coeficiente de tensión superficialSe puede determinar la energía superficial debida a la cohesión mediante el dispositivo de la figura. Una lámina de jabón queda adherida a un alambre doblada en doble ángulo recto y a un alambre deslizante AB. Para evitar que la lámina se contraiga por efecto de las fuerzas de cohesión, es necesario aplicar una fuerza F al alambre deslizante.La fuerza F es independiente de la longitud x de la lámina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitud Dx, las fuerzas exteriores han realizado un trabajo FDx, que se habrá invertido en incrementar la energía interna del sistema. Como la superficie de la lámina cambia en DS=2dDx (el factor 2 se debe a que la lámina tiene dos caras), lo que supone que parte de las moléculas que se encontraban en el interior del líquido se han trasladado a la superficie recién creada, con el consiguiente aumento de energía.Si llamamos a g la energía por unidad de área, se verificará que:

La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido

Líquido Temperatura líquido (ºC) Tensión superficial (N/m)

Petróleo 0º 0,0289

Mercurio 20º 0,465

Agua 0º 0,0756

20º 0,0727

50º 0,0678

100º 0,0588

Algunos valores de la tensión superficial son:

http://www.udec.cl/~dfiguero/curso/cohesionenliquidos/cohesion02 http://www.hablandodeciencia.com/articulos/2012/04/13/tensioactivos-tension-superficial/

Tensoactivos• Si se apoya un clip sobre

una superficie de agua con detergente, observarás que es muy difícil hacer que el clip se sostenga en la superficie del líquido haciendo las fuerzas de cohesión muy débiles, lo que hace que la tensión superficial reduzca.

• Cualquier sustancia que reduce de este modo la tensión superficial de un líquido recibe el nombre de agente tensoactivo.En el lavado de prendas de vestir es importante que el agua moje todas as fibras de la prenda. Si no usáramos completamente y, por lo tanto, no conseguiría limpiarse. Por esta razón se dice que los detergentes son tensoactivos y hacen que el agua moje más.

Clasificación de los tensoactivos:Según su estructura molecularLas propiedades de los tensoactivos se obtienen a través de su estructura molecular.

Los tensoactivos se componen de una parte hidrófoba o hidrófuga y un resto hidrófilo, o

soluble en agua. Se dice que son Moléculas anfifílicas.

Tensoactivos aniónicosEntre todos los tensioactivos o surfactantes, los aniónicos son los que más se producen a escala industrial en cuanto a volumen. En cuanto a relación efectividad/precio son los mejores en general.

Por definición, la parte hidrofílica de la molécula del tensioactivo posee una carga negativa. Ésta suele tratarse de un grupo carboxilato, sulfato, sulfonato o fosfato.

Tensoactivos catiónicosPor definición, la parte hidrofílica de estos tensioactivos posee una carga positiva. Estos tensoactivos suelen tener una alta adherencia en diferentes sustratos y una alta "persistencia" en esa adhesión. Un hecho experimental que caracteriza a estos compuestos es que cambia las propiedades superficiales y convierte una superficie hidrofílica en hidrofóbica y viceversa.2

Las aminas de cadena larga y sus sales, tanto aminas cuaternarias como imidazolinas, tienen propiedades bactericidas y pueden matar diferentes microorganismos o al menos retrasar su crecimiento.

Tensoactivos no iónicosPor definición, los tensioactivos no iónicos son tensioactivos que no contienen grupos funcionales disociables (ionizables) y, por lo tanto, no se disocian en el agua en iones. Como todo tensioactivo, se compone de una parte no-polar y una parte polar. Como una parte no polar es principalmente una cadena alifática (de entre C12-C18), aunque hay tensioactivos no iónicos no alifáticos. Los grupos polares suelen ser un grupo alcohol o éter.

Tensoactivos anfóterosPor definición, son tensoactivos que poseen tanto un grupo catiónico como un grupo aniónico. El uso del término anfótero lo hace más restrictivo: La carga de la molécula debe cambiar con el pH, mostrando una estructura zwitteriónica a un pH intermedio (punto isoeléctrico)

Acción capilar

• Cuando un líquido está en contacto con una superficie sólida existe una fuerza de adhesión (fuerza de atracción entre moléculas de distintos materiales) que hace que el líquido se pegue a la superficie.Cuando un tubito delgado de vidrio (capilar) es introducido en un líquido, una delgada capa del líquido es adherida a la pared interior del tubo por encima de la columna de líquido. Este fenómeno recibe el nombre de acción capilar.

Tubo capilar• La masa líquida es directamente proporcional al cuadrado del

diámetro del tubo, por lo que un tubo angosto succionará el líquido en una longitud mayor que un tubo ancho. Así, un tubo de vidrio de 0,1 mm de diámetro levantará una columna de agua de 30 cm. Cuanto más pequeño es el diámetro del tubo capilar mayor será la presión capilar y la altura alcanzada. En capilares de 1 µm (micrómetro) de radio, con una presión de succión 1,5 × 103 hPa (hectopascal = hPa = 1,5 atm), corresponde a una altura de columna de agua de 14 a 15 m.

Dos placas de vidrio que están separadas por una película de agua de 1 µm de espesor, se mantienen unidas por una presión de succión de 1,5 atm. Por ello se rompen los portaobjetos humedecidos al intentar separarlos.

Entre algunos materiales, como el mercurio y el vidrio, las fuerzas intermoleculares del líquido exceden a las existentes entre el líquido y el sólido, por lo que se forma un menisco convexo y la capilaridad trabaja en sentido inverso.

Las plantas succionan agua subterránea del terreno por capilaridad, aunque las plantas más grandes requieren de la transpiración para desplazar la cantidad necesaria.

Ósmosis

• Supongamos que en un recipiente tenemos dos disoluciones de azúcar separadas por una membrana semipermeable y que una de las disoluciones tiene mayor concentración de azúcar que la otra.Al cabo de un instante observaremos que el agua pasa de la disolución menos concentrada a la disolución más concentrada. Este fenómeno se conoce como ósmosis. Este hecho hace que se origine un desnivel en el agua de los compartimentos.

• Para que se produzca ósmosis, las membranas deben permitir que las moléculas de agua se difundan fácilmente a través de ellas para impedir el paso de moléculas mayores, tales como las de azúcar. Estas membranas permeables a ciertas moléculas e impermeables a otras reciben el nombre de membranas semipermeables.

Magnitud de la presión osmótica• La presión osmótica, como su nombre indica, es una presión, y por tanto tiene las

mismas unidades que el resto de presiones, es decir, Pascales (Pa) en el Sistema Internacional, aunque tradicionalmente también se utilizan las atmósferas (atm).

La molaridad mide la cantidad de masa del soluto por volumen de disolución. La molaridad y la presión osmótica son dos magnitudes relacionadas proporcionalmente; el aumento o disminución de una de ellas produce el mismo efecto en la otra, aunque en distinta proporción. Del mismo modo, la temperatura (medida en kelvin, K) también posee la misma relación con la presión osmótica.

A continuación se muestra una tabla con los valores de la presión osmótica correspondientes a diferentes concentraciones de sacarosa a una temperatura constante de 293 K (20 °C). La concentración se expresa en molalidad y no en molaridad, según la ecuación de Morse, pero las diferencias son mínimas.

Presión osmótica experimental de disoluciones de sacarosa a 20 °C

Molalidad (moles de

sacarosa/kg de agua)

0,1 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0

Presión osmótica (atm)

2,47 27,2 58,4 95,2 139,0 232,3