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Visco, Med de La Visco

Mar 10, 2016

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viscosidad
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  • SEMANA 02:

    CURSO: MECANICA DE FLUIDOS

  • Cul de los fluidos fluye mas rpido?

    Por qu unos fluidos son mas viscosos que otros?

    Por qu es importante esta propiedad en un fluido?

  • Qu es la viscosidad?

    Qu es la viscosidad dinmica y cinemtica?

    Qu es un fluido?

    Cmo se define el ndice de viscosidad?

    Cul es la diferencia entre un fluido newtoniano y no

    newtoniano?

  • LOGRO DE APRENDIZAJE

    Al trmino de la sesin, el estudiante resuelve una

    prctica de laboratorio, relacionado con la viscosidad y

    compresibilidad de un fluido y su importancia en la

    aplicacin en ingeniera; a partir de la comparacin entre

    diferentes fluidos; explicndolo con coherencia,

    fundamento terico, claridad y precisin.

  • VISCOCIMETRA.

    MEDICIN DE LA VISCOSIDAD

  • VISCOSIDAD En general la viscosidad es una

    propiedad de los fluidos que se refiere

    al grado de friccin interna.

    Se asocia con la resistencia que

    presentan dos capas adyacentes

    movindose dentro del fluido.

    Debido a la viscosidad parte de la

    energa cintica del fluido se convierte

    en energa interna.

  • LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

    t < 0

    x

    y

    y = Y

    y = 0

    t > 0

    V

    ( , )xv t y

    V

    t ( )xv y

    F V

    A Y

    xyx

    dv

    dy

    EFECTO:TRANSPORTE DE C.D.M.

    FUERZA IMPULSORA(GRADIENTE DE VELOCIDAD)

    t = 0

    V

  • ESFUERZO CORTANTE Cuando un fluido se mueve, dentro de l se desarrolla un

    esfuerzo cortante .

    : fuerza que se requiere para que una unidad de rea de

    una sustancia se deslice sobre otra.

    (ley de Newton)

    dy

    dv

    placa fija

    perfil de velocidades

    '

    v

    dyv

    v

    dv

    dv

    dy

  • LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

    La resistencia debida a la viscosidad depende, adems, de la

    variacin de velocidad entre las capas: velocidad de deformacin

    (dv/dy). No es lo mismo intentar sacar una cuchara de un tarro de

    miel despacio que rpido (mayor resistencia).

    placa fija

    v

    v B' B''

    A

    u

    F

    B'''B

    u placa mvil

  • Si la distancia entre las dos superficies es pequea, entonces

    la tasa de cambio de la velocidad con posicin y es lineal

    placa fija

    perfil de velocidades

    '

    v

    dyv

    v

    dv

    dv

    dy placa mvil

    placa fija

    F

    perfil de velocidades

    v

    dv> dv dv= dv

  • El hecho de que el esfuerzo cortante en el fluido sea

    directamente proporcional al gradiente de la velocidad se

    enuncia en forma matemtica as:

    o bien (1 N = 1 kg m/s2),

    Donde a la constante de proporcionalidad , se le denomina

    viscosidad dinmica del fluido (viscosidad absoluta)

    s) kg/(m dv

    dy

    s/m N 2

    dv

    dy

  • VISCOSIDAD DINAMICA

    UNIDADES para la viscosidad Absoluta o Dinmica

    Para el sistema SI

    Para el sistema USC

    sm

    Kg

    m

    sN2

    :

    sft

    slug

    ft

    slb2

    :

  • Viscosidad cinemtica, n

    n

    Por definicin es el cociente entre la viscosidad absoluta y

    la densidad:

    En el S.I. de Unidades:

    sm kg/m

    s) kg/(m 2

    3

    n

    s

    ft2:n

    Para el sistema SI

    Para el sistema CGS

  • CAUSAS DE LA VISCOSIDAD

    Cohesin molecular

    Intercambio de cantidad de movimiento

    La viscosidad en los lquidos se debe a

    la cohesin, y en los gases al

    intercambio de cantidad de

    movimiento.

    La cohesin y por tanto la viscosidad de

    un lquido disminuye al aumentar la

    temperatura. Por el contrario, la

    actividad molecular y en consecuencia

    la viscosidad de un gas aumenta con

    ella.

  • FLUIDOS NEWTONIANOS

  • MODELOS DE DOS PARMETROS

    xy

    xdv

    dy

    MODELO ECUACION PARAMETROS

    Bingham (Pastas y suspensiones finas)

    Ostwald-de Waele(Suspensiones de combustibles nucleares)

    Eyring

    000 , yxx

    yxdy

    dv

    (Yield-stress)

    0

    0

    n

    xyx

    dy

    dvm

    nm,

    dy

    dv

    BarcsenhA xyx

    1 BA,

  • MODELOS DE TRES PARMETROS

    xy

    xdv

    dy

    MODELO ECUACION PARAMETROS

    Ellis (CarboxiMetil-Celulosa en agua)

    yxyxx

    dy

    dv

    )(

    1

    10 ,, 10

    Reiner-Philippoff (Azufre fundido, 30% de metanol en hexano,...)

    yx

    Syx

    x

    dy

    dv

    20

    )/(1

    1

    S ,, 0

    n

    xxy o

    dvm

    dy

    Modelo de HerschelBulkley

  • Fluido newtoniano: agua, aceite, gasolina, alcohol, keroseno,

    benceno y glicerina.

    Fluido No newtoniano:

    Seudoplsticos o tixotrpicos: plasma sanguneo, polietileno

    fundido, ltex, almbares, adhesivos, melazas y tintas.

    Fluidos dilatantes: compuestos acuosos con concentraciones

    altas de slidos; almidn de maz en etilenglicol, almidn en

    agua y el dixido de titanio, un ingrediente de las pinturas.

    Fluidos de Bingham: chocolate, salsa ctsup, mostaza,

    mayonesa, pasta de dientes, pintura, asfalto, ciertas grasas y

    suspensiones de agua y ceniza o fango del drenaje.

  • Variacin de la

    viscosidad con la

    temperatura:

    Es muy difcil hacer que

    el aceite para motores

    escurra si est fro, lo

    que indica que tiene

    viscosidad elevada.

    Conforme aumenta la

    temperatura del aceite,

    su viscosidad disminuye

    en forma notable.

  • INDICE DE VISCOSIDAD (VI)

    Nos indica cuanto cambia sta con la temperatura. Es

    especialmente til cuando se trabaja con aceites

    lubricantes y fluidos hidrulicos utilizados en equipos

    que deben operar a extremos amplios de temperatura.

  • INDICE DE VISCOSIDAD (VI)

    Un fluidos con ndice de viscosidad alto muestra un cambio

    pequeo en su viscosidad con la temperatura. Un fluido con

    ndice de viscosidad bajo muestra un cambio grande en su

    viscosidad con la temperatura

  • ALGUNAS CONCLUSIONES SOBRE LA VISCOSIDAD

    Es la propiedad mas importante en el flujo de fluidos.

    La viscosidad es la propiedad mediante la cual ofrece

    resistencia al corte.

    Segn la ley de viscosidad de Newton, para una deformacin

    angular dada, el esfuerzo cortante es directamente

    proporcional a la viscosidad.

    Ej. La miel y la brea son altamente viscosos; el agua y el aire

    tienen viscosidades muy pequeas.

    La viscosidad de un gas aumenta con la temperatura.

    La viscosidad de un lquido disminuye con la temperatura.

  • Propiedades

    del agua

  • Propiedades del agua

  • MEDIDA EXPERIMENTAL DE LA VISCOSIDAD

    Viscosmetro de Ostwald

    Hagen-Poiseuille: 232 Lu

    PD

    ~ /

    P ghK

    u t t

    1

    Viscosmetro de Hppler

    ( ) ( )

    i P R F

    B B B B

    F F F F

    v g v g r u

    0

    6

    ( )BK

    t

    FRFF

    FP

    1

    2

  • Viscosmetros de Engler, Ford y Saybolt

    Viscosmetro de cilindros concntricosViscosmetro de plato y cono

  • VISCOSIDAD DE LOS GASES

    a

    x y av

    x yv

    x y av

    Separacin entre capas: a 2

    3

    Perfil de velocidad lineal: xx xy a y

    xx xy a y

    dvv v

    dy

    dvv v

    dy

    2

    3

    2

    3

    Balance de CDM: yx x xy a y aZ mv Z mv

    8KTu

    m

    Z nu

    1

    4

    d n

    21

    2

    Gas Puro. Esferas (m, d) sin interacciones. n = molculas / volumen

    pequeo.

    Teora cintica de los gases y

    x

    Modelizacin

  • Substituyendo en el balance de CDM ...

    xyxdv

    mnudy

    1

    3

    Comparando con la Ley de Newton ...

    xyx

    dv

    dy

    mKTmnu

    d

    3 2 21 2

    3 3

    Modificacin de Chapman-Enskog

    dF

    dr

    Potencial de Lennard-Jones:

    ( )rr r

    12 6

    4

    r

    -

    mr

    .

    / . , ,

    MT

    g cm s T K

    5

    22 6693 10

  • . , / . , , MT

    g cm s T K

    5

    22 6693 10

  • INFLUENCIA DE LA PRESIN Y LA TEMPERATURA

    Childs & Hanley

    TEMPERATURA REDUCIDA

    1

    0.5

    02 3 4 5 6 870

    GAS DENSO

    GAS DILUIDO

    1.0

    ERROR < 1%

    ERROR > 1%

    Viscosidad crtica

    / / /.c c c

    c

    c

    c

    M P T

    P

    P atm

    T K

    1 2 2 3 1 67 70

  • INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LOS LQUIDOS

    ln

    . cT

    1

    0 7cT

    1

    lnB

    AT

    Ecuacin de Andrade

  • Qu aprendimos en la clase de

    hoy?

    Para que servir lo aprendido en la

    carrera de Ingeniera ambiental?

  • GRACIAS

    POR SU ATENCIN

    Consultas:

    rjj@upnorte.edu.pe