Fluidosviscosos

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TEMA 2. FLUIDOS VISCOSOS.
2.1. Variación de la viscosidad con la velocidad de deformación. 2.2. Variación de la viscosidad con el tiempo de aplicación de la cizalla. 2.3. Variación de la viscosidad con la temperatura. 2.4. Variación de la viscosidad con la presión.

2. FLUIDOS VISCOSOS. CONCEPTO DE VISCOSIDAD.

El concepto de viscosidad nació con Newton, cuando en su obra "PhilosophiaeNaturalis. Principia Matematica" afirmó que la resistencia ejercida, y que surge a partir de una falta en el deslizamiento de un fluido, si el resto de factores se mantienen, es proporcional a la velocidad a la que las partes de un fluido son separadas entre sí. De este modo, se establece la proporcionalidad existente entre el esfuerzo por unidad de área (F/A) necesario para producir un gradiente develocidades en un fluido, siendo la constante de proporcionalidad un factor que describe "la capacidad de deslizamiento de un fluido" (más tarde esta constante de proporcionalidad fue llamada viscosidad). La hipótesis propuesta por Newton se suele representar con un esquema como el de la Figura 2.1, en el que se muestra dos superficies de superficie A, separadas por una distancia Y, estando una deellas sometida a una fuerza F que le provoca una velocidad V. Al mismo tiempo, se suele describir matemáticamente los principios establecidos por Newton a partir de una expresión matemática como la ecuación 2.1:

σ =μ donde:50

dγ dt

(2.1)

σ es el esfuerzo por unidad de área o esfuerzo de cizalla (F/A).
dγ dt es el gradiente de velocidades, también llamado velocidad de

deformación ovelocidad de cizalla ( dV dX ).

Hay que decir que dependiendo del libro consultado, y del significado de "esfuerzo por unidad de área", es posible encontrar expresiones alternativas, todas ellas válidas en el contexto adecuado:
τ =μ τ =-μ

dγ dt dγ dt

(2.1a) (2.1b)

1

La viscosidad de un fluido Newtoniano se suele representar con la letra griega μ, pero para fluidos no Newtonianosla viscosidad aparente se suele representar entonces con la letra griega η.

A Y

F V

Figura 2.1. Experimento hipotético basado en las afirmaciones de Newton.

En la tabla 2.1, se muestra una guía aproximada del rango de viscosidades para diversos materiales a temperatura ambiente y presión atmosférica.
Tabla 2.1. Valores de viscosidad para diversos materiales.

Líquido

Viscosidadaproximada (Pa-s)

Vidrio fundido(500ºC) Bitumen Polímeros fundidos Jarabes Miel líquida Glicerol Aceite de oliva Agua Aire

1012 108 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-5

De acuerdo con lo expuesto, es posible definir lo que se conoce como fluido Newtoniano. Por fluido newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valor de viscosidad, a

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una presión y temperatura dadas, es único para cualquiervelocidad de cizalla, siendo independiente del tiempo de aplicación de la cizalla.

Las desviaciones posibles de este comportamiento se pueden agrupar: 1) Variación de la viscosidad con la velocidad de cizalla 2) Variación de la viscosidad con el tiempo de aplicación de la cizalla

Para líquidos Newtonianos, la viscosidad también se denomina coeficiente de viscosidad. Este coeficiente, endeterminados fluidos deja de ser constante para convertirse en una función de la velocidad de deformación del fluido, apareciendo el término de viscosidad aparente o a veces viscosidad dependiente de la velocidad de cizalla.

La unidad de medida de viscosidad en el sistema internacional es el Pa s, aunque el Poise, la unidad de medida del sistema cgs, está más ampliamente difundida. La relaciónentre ambas es: 1 mPa-s=1 cP

La viscosidad real de los materiales puede ser afectada significativamente por factores como velocidad de cizalla, temperatura, presión y tiempo de cizalla, aunque de todos ellos, la velocidad de cizalla es el factor más interesante desde el punto de vista reológico.

2.1. Variación con la velocidad de deformación.

Una gran cantidad de fluidos, casi todos de...
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