viscosidad

Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Química e
Industrias Extractivas
Academia de operaciones unitarias

Laboratorio de fundamentos de fenómenos de trasporte

Práctica numero III (ReometrÍa):
Determinación de la viscosidad de fluidos


Consideraciones teóricas
En el sector industrial se trabaja con gran variedad de fluidos para diferentes actividadesdeterminadas donde cada uno de ellos exhibe un comportamiento complejo bajo flujo debido
a su composición o a su estructura química. Algunos fluidos que exhiben este tipo de
comportamientos son los polímeros, las suspensiones, emulsiones, pinturas, cosméticos,
fluidos biológicos etc. En todos ellos la razón del esfuerzo de corte y la rapidez de corte no es
constante.

Para determinar la viscosidadde un fluido es necesario establecer relaciones entre las
variables dinámicas y las cinemáticas. Este tipo de ecuaciones en las cuales existe una
proporcionalidad de las variables antes mencionadas, son llamadas ecuaciones constitutivas.
En las imágenes siguientes muestran un mayor entendimiento de lo que es la viscosidad de
un fluido. En la imagen (a) se muestra un fluido en reposo (t=0) queno presenta ningún
factor externo que lo perturbe; en la imagen (b) el fluido es perturbado por un corte
tangencialmente al flujo del mismo, este movimiento del fluido es provocado por que existe
una fuerza externa constante en dirección del fluido sobre la plana inferior de donde se
presenta el fluido.

En la imagen (c) se muestra una analogía o una perspectiva diferente de ver al fluidopor
medio de láminas de cizalla infinitesimalmente delgadas, donde se permite analizar cómo se
comporta el fluido en movimiento. Se muestra que las laminas de cizalla existe un pequeño
rozamiento entre cada una de las capas adyacentes, denominándose viscosidad.
Las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya
que son arrastradas por efecto de la pequeñaresistencia tangencial y la fricción provocada
por las paredes del recipiente que contiene al fluido, mientras que las capas
superiores fluyen con facilidad por no presentar las condiciones anteriores.

El modelo o tipo de fluido viscoso más sencillo de caracterizar es el fluido newtoniano, que es
un modelo lineal (entre el gradiente de velocidades y las tensiones tangenciales) pero
tambiénexisten modelos no lineales con adelgazamiento o espesamiento por cortante o
como los plásticos de Bingham.
En un fluido newtoniano la fuerza de resistencia experimentada por una placa que se mueve,
a velocidad constante por la superficie de un fluido viene dada por:

𝜏= 𝜇

𝑑𝑣
𝑑𝑦

“Ley de la viscosidad de newton”

𝜏 = 𝜇𝛾

Donde:
v= velocidad
y= altura
𝞽=esfuerzo cortante
𝞬 = es larapidez de deformación o corte

La representación grafica del esfuerzo de corte VS la rapidez de corte o deformación,
llamada curva de flujo, aporta información sobre este tipo de comportamiento de cada fluido
en flujo.

El comportamiento en flujo de los fluidos antes mencionados se puede describir utilizando un
modelo fenomenológico de la ley de potencias o modelo de Ostwald de Wacle:
𝜏= 𝑚𝛾 𝑛
En esa ecuación “n” representa la pendiente de la curva del esfuerzo y la rapidez de corte en
escala logarítmica.

Conceptos básicos

Viscosidad: Es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales.
Reología: Ciencia que se encarga del estudio del comportamiento en flujo de un fluido, es
decir, estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación en los materiales queson
capaces de fluir.
Fluido: Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre
cuyas moléculas hay una fuerza de atracción débil. Fluido es un conjunto de partículas que
se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y/o las paredes de un recipiente;
el término engloba a los líquidos y los gases.
Fluido Newtoniano: La principal característica de...