Viscosidad

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CUYO Facultad de Ingeniería

FÍSICOQUÍMICA

Guía de Trabajos Prácticos Laboratorios

TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO II Fenómenos de Superficie y Transporte: Viscosidad
1) Fundamento Teórico Se define la viscosidad como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus moléculas. La pérdida de energía debido a la fricción en un fluidoque fluye se debe a su viscosidad. Cuando un fluido se mueve se desarrolla en él una tensión de corte o esfuerzo de corte, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. El esfuerzo de corte,  , puede definirse como la fuerza requerida para deslizar una capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia. Así pues,  es una fuerza dividida entre un área y puede medirseen unidades de N / m 2 o en lb / ft 2 . En un fluido como el agua, el aceite, el alcohol o cualquier otro líquido común, encontramos que la magnitud del esfuerzo de corte es directamente proporcional al cambio de velocidad entre diferentes posiciones del fluido. En la figura se ilustra el concepto de cambio de velocidad en un fluido mediante la exhibición de una capa delgada del fluido situadaentre dos superficies, una de las cuales está estacionaria, mientras que la otra se está moviendo.

Una condición fundamental que se presenta cuando un fluido real está en contacto con una superficie frontera, es que el fluido tiene la misma velocidad que la frontera. En la figura, entonces, el fluido que está en contacto con la superficie inferior tiene velocidad cero y el que está en contacto conla superficie superior tiene velocidad v. Si la distancia entre las dos superficies es pequeña, entonces la rapidez de cambio de velocidad con respecto a la posición y es lineal. Esto es, varía como una línea recta. El gradiente de velocidad es una medida del cambio de velocidad y se define  v  como   . También se conoce como gradiente de corte y se designa como  y 

 . El hecho de queel esfuerzo de corte del fluido es directamente proporcional
al gradiente de velocidad puede establecerse matemáticamente como:



1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CUYO Facultad de Ingeniería

FÍSICOQUÍMICA
  v    *   y 

Guía de Trabajos Prácticos Laboratorios

   *

La constante de proporcionalidad  se conoce como viscosidad dinámica del fluido. De aquí:

Sistema de unidades Sistema Internacional (SI) Sistema cgs (obsoleto)

 


Unidades de viscosidad dinámica N.s/m2, Pa.s, o kg/m.s Poise=dina.s/cm2=g/(cm.s)=0.1 Pa.s Centipoise=poise/100=0.001Pa.s=1mPa.s

Muchos cálculos en mecánica de fluidos implican el cociente de la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. Como una convención, la viscosidad cinemática, , se define como:

 /Sistema de unidades Sistema Internacional (SI) Sistema cgs (obsoleto) Unidades de viscosidad cinemática m2/s Stoke=cm2/s=1*10-4 m2/s Centistoke=stoke/100=1*10-6 m2/s

Fluidos Newtonianos. Los fluidos más comunes tales como el agua, el aire y la gasolina son newtonianos en condiciones normales. Si el fluido de la figura anterior es newtoniano entonces:

   *(
Fluidos no newtonianos.

v )y

Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos. Por lo común, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo.

2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CUYO Facultad de Ingeniería

FÍSICOQUÍMICA

Guía deTrabajos Prácticos Laboratorios

 v    k *   y   
k=índice de consistencia n=índice de comportamiento del flujo

n 1

Los fluidos en los cuales la viscosidad aparente disminuye con el aumento del gradiente de corte (n < 1) se llaman pseudoplásticos. Casi todos los fluidos no newtonianos entran en este grupo; los ejemplos incluyen soluciones poliméricas, suspensiones coloidales y...