viscosidad
Páginas: 9 (2126 palabras)
Publicado: 14 de septiembre de 2014
CAPITULO 1
VISCOSIDAD Y MECANISMO DEL TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO
La propiedad física que caracteriza la resistencia al flujo de los fluidos sencillos es la viscosidad, la cual varía con la temperatura.
LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD
Consideremos un fluido contenido entre dos láminas planas y paralelas de área A. Este sistema esta inicialmente en reposo, pero al cabo del tiempo t=0,la lámina inferior se pone en movimiento en la dirección del eje x, con una velocidad constante V. A medida que transcurre el tiempo, el fluido gana cantidad de movimiento y se establece el perfil de velocidad en régimen estacionario. Una vez alcanzado dicho estado de movimiento, es preciso aplicar una fuerza constante F para conservar el movimiento de la lámina inferior.
La fuerza porunidad de área es proporcional a la disminución de la velocidad con la distancia Y. La constante de proporcionalidad µ se denomina viscosidad del fluido.
El esfuerzo cortante que se ejerce en la dirección x sobre la superficie de un fluido, situada a una distancia constante y, por el fluido existente en la región donde y es menor, se designa por tyx, y el componente x del vector de velocidad delfluido, por vx.
La fuerza de cizalla por unidad de área es proporcional al gradiente negativo de la velocidad local. Esta es la ley de Newton de la viscosidad, y los fluidos que la cumplen se denominan fluidos newtonianos.
En las inmediaciones de la superficie que se mueve, donde y=0, el fluido adquiere una determinada cantidad de movimiento en la dirección del eje x. Este fluido comunica partede su cantidad de movimiento a la “capa” adyacente del líquido, dando lugar a que se mantenga en movimiento x en la dirección y.
La densidad de flujo de movimiento resulta más conveniente para considerar el signo de tyx.
La densidad del flujo viscoso de cantidad de movimiento sigue la dirección de velocidad decreciente. La cantidad de movimiento va “cuesta abajo” en el sentido de que desciendede una zona de velocidad alta a otra de baja velocidad.
El gradiente de velocidad puede considerarse como una “fuerza impulsora” del transporte de cantidad de movimiento.
v es la denominada viscosidad cinemática.
Las unidades de µ en el sistema cgs son:
Análogamente,
La unidad g cm-1, en el sistema cgs, se denomina poise.
A temperatura ambiente, µ valeaproximadamente 1 cp (centipoise) para el agua y 0.02 para el aire. Para los gases a baja densidad, la viscosidad generalmente disminuye al aumentar la temperatura.
En el caso de los gases, la cantidad de movimiento se transporta esencialmente por las moléculas que se desplazan libremente, mientras que en los líquidos, el mecanismo principal del transporte de cantidad de movimiento consiste en el choqueefectivo de las moléculas.
FLUIDOS NO NEWTONIANOS
Existen algunos materiales industrialmente importantes que no se comportan de acuerdo a la ecuación de la ley de Newton de la viscosidad. Se conoce a estas sustancias como fluidos no-newtonianos.
Flujo no-newtoniano constituye actualmente una parte de otra ciencia que es la reología, es decir, “la ciencia del flujo y la deformación”, que estudialas propiedades mecánicas de los gases, líquidos, plásticos, sustancias asfálticas y materiales cristalinos.
El comportamiento reológico, en estado estacionario, de la mayor parte de los fluidos que se indican está dado por:
En las regiones en que ῃ disminuye al aumentar el gradiente de velocidad, el comportamiento se denomina pseudoplástico; y dilatante en las que ῃ aumenta con dicho gradiente.Si ῃ resulta independiente del gradiente de velocidad, el fluido se comporta como newtoniano, y entonces ῃ=µ
Modelo de Bingham
Cada sustancia que se comporta de acuerdo con este modelo de dos parámetros se denomina plástico de Bingham; permanece rígida mientras el esfuerzo cortante es menor de un determinado valor t0.
Modelo de Ostwald-de Waele
La ecuación de dos parámetros se...
VISCOSIDAD Y MECANISMO DEL TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO
La propiedad física que caracteriza la resistencia al flujo de los fluidos sencillos es la viscosidad, la cual varía con la temperatura.
LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD
Consideremos un fluido contenido entre dos láminas planas y paralelas de área A. Este sistema esta inicialmente en reposo, pero al cabo del tiempo t=0,la lámina inferior se pone en movimiento en la dirección del eje x, con una velocidad constante V. A medida que transcurre el tiempo, el fluido gana cantidad de movimiento y se establece el perfil de velocidad en régimen estacionario. Una vez alcanzado dicho estado de movimiento, es preciso aplicar una fuerza constante F para conservar el movimiento de la lámina inferior.
La fuerza porunidad de área es proporcional a la disminución de la velocidad con la distancia Y. La constante de proporcionalidad µ se denomina viscosidad del fluido.
El esfuerzo cortante que se ejerce en la dirección x sobre la superficie de un fluido, situada a una distancia constante y, por el fluido existente en la región donde y es menor, se designa por tyx, y el componente x del vector de velocidad delfluido, por vx.
La fuerza de cizalla por unidad de área es proporcional al gradiente negativo de la velocidad local. Esta es la ley de Newton de la viscosidad, y los fluidos que la cumplen se denominan fluidos newtonianos.
En las inmediaciones de la superficie que se mueve, donde y=0, el fluido adquiere una determinada cantidad de movimiento en la dirección del eje x. Este fluido comunica partede su cantidad de movimiento a la “capa” adyacente del líquido, dando lugar a que se mantenga en movimiento x en la dirección y.
La densidad de flujo de movimiento resulta más conveniente para considerar el signo de tyx.
La densidad del flujo viscoso de cantidad de movimiento sigue la dirección de velocidad decreciente. La cantidad de movimiento va “cuesta abajo” en el sentido de que desciendede una zona de velocidad alta a otra de baja velocidad.
El gradiente de velocidad puede considerarse como una “fuerza impulsora” del transporte de cantidad de movimiento.
v es la denominada viscosidad cinemática.
Las unidades de µ en el sistema cgs son:
Análogamente,
La unidad g cm-1, en el sistema cgs, se denomina poise.
A temperatura ambiente, µ valeaproximadamente 1 cp (centipoise) para el agua y 0.02 para el aire. Para los gases a baja densidad, la viscosidad generalmente disminuye al aumentar la temperatura.
En el caso de los gases, la cantidad de movimiento se transporta esencialmente por las moléculas que se desplazan libremente, mientras que en los líquidos, el mecanismo principal del transporte de cantidad de movimiento consiste en el choqueefectivo de las moléculas.
FLUIDOS NO NEWTONIANOS
Existen algunos materiales industrialmente importantes que no se comportan de acuerdo a la ecuación de la ley de Newton de la viscosidad. Se conoce a estas sustancias como fluidos no-newtonianos.
Flujo no-newtoniano constituye actualmente una parte de otra ciencia que es la reología, es decir, “la ciencia del flujo y la deformación”, que estudialas propiedades mecánicas de los gases, líquidos, plásticos, sustancias asfálticas y materiales cristalinos.
El comportamiento reológico, en estado estacionario, de la mayor parte de los fluidos que se indican está dado por:
En las regiones en que ῃ disminuye al aumentar el gradiente de velocidad, el comportamiento se denomina pseudoplástico; y dilatante en las que ῃ aumenta con dicho gradiente.Si ῃ resulta independiente del gradiente de velocidad, el fluido se comporta como newtoniano, y entonces ῃ=µ
Modelo de Bingham
Cada sustancia que se comporta de acuerdo con este modelo de dos parámetros se denomina plástico de Bingham; permanece rígida mientras el esfuerzo cortante es menor de un determinado valor t0.
Modelo de Ostwald-de Waele
La ecuación de dos parámetros se...
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