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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

E.P. ING. CIVIL

MECANICA DE FLUIDOS I

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Viscosidad Docente: Ing. Nancy Zevallos Quispe

Viscosidad El

flujo de cualquier fluido real provoca fuerzas de fricción tangencial que se denominan fuerzas viscosas.

La acción de estas fuerzas cortantes internas da como resultado una degradación de la energía mecánica para producir calor o energía térmica.

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Viscosidad Es una medida de la resistencia de los líquidos a fluir. Los líquidos que tienen fuerzas intermoleculares fuertes tienen viscosidades altas. La viscosidad disminuye al aumentar la temperatura (las moléculas adquieren energía y se mueven más fácilmente) Ing. Nancy Zevallos Quispe

Viscosidad - Resistencia interna al flujo. - Medida de la adherencia interna en el fluido causada por las fuerzas de cohesión entre moléculas. - No existe un fluido con viscosidad igual a cero. - En todo flujo de fluido interviene el efecto viscoso en algún grado.

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Viscosidad

Conforme un fluido se mueve, dentro de él se desarrolla un esfuerzo cortante cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. ESFUERZO CORTANTE. Fuerza que se requiere para que una unidad de área de una sustancia se deslice sobre otra. Ing. Nancy Zevallos Quispe

Viscosidad dinámica

- La velocidad en la superficie estacionaria (inferior) es igual a cero y en parte donde se aplica fuerza F es igual a V. - Si la distancia entre las dos superficies es pequeña entonces el gradiente de velocidades con posición “y” es lineal

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Viscosidad dinámica

- El gradiente de velocidad es una medida del cambio de velocidad, y se define como - Si el esfuerzo cortante en el fluido es directamente proporcional al gradiente de Ley de Newton de velocidad entonces: la Viscosidad.

- A la constante de proporcionalidad se le denomina viscosidad dinámica del fluido. Ing. Nancy Zevallos Quispe

Viscosidad En la práctica se utilizan dos tipos de viscosidad: • Viscosidad dinámica o absoluta • Viscosidad cinemática ν

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Viscosidad dinámica

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Viscosidad cinemática Es la razón de la viscosidad dinámica y la densidad del fluido.

Unidades:

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Fluido Newtonianos y no Newtonianos De acuerdo a la relación entre el esfuerzo cortante y la distribución de velocidades, los fluidos se pueden clasificar en ideales, newtonianos y no newtonianos. Los fluidos newtonianos se comportan según la ley lineal de esfuerzos, mientras que los no newtonianos siguen otra relación. Los fluidos ideales carecen de viscosidad.

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Fluido Newtonianos: cualquier fluido que se comporte de acuerdo con la ecuación: La viscosidad dinámica solo es función de la condición del fluido, en particular de su temperatura. La magnitud del gradiente de velocidad no tiene ningún efecto sobre la magnitud A los fluidos mas comunes como el agua, aceite, gasolina, alcohol, keroseno, benceno, glicerina y la mayoría de los productos derivados del petróleo, se les clasifica como newtonianos.

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Fluido no Newtonianos: cualquier fluido que se no comporte de acuerdo con la ecuación: Se clasifican en independientes del tiempo o dependientes del tiempo. Como su nombre lo dice, los fluidos independientes tienen una viscosidad que no varia con el tiempo, a cualquier esfuerzo cortante dado. (seudoplásticos, fluidos dilatantes, fluidos de Bingham). Sin embargo, la viscosidad de los fluidos dependientes del tiempo cambia si varia éste. (fluidos electrorreológicos, fluidos magnetorreológicos)

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Fluido Newtonianos y no Newtonianos

Ing. Nancy Zevallos Quispe

VISCOSIDAD Y TEMPERATURA Por lo general, es muy difícil hacer que el aceite para motores escurra si esta frio, lo que indica que tiene viscosidad elevada. Conforme aumenta la temperatura del aceite, su viscosidad disminuye en forma notable. Todos los fluidos muestran este comportamiento en cierto grado. Ing. Nancy Zevallos Quispe

VISCOSIDAD Y TEMPERATURA

Ing. Nancy Zevallos Quispe

VISCOSIDAD Y TEMPERATURA

Ing. Nancy Zevallos Quispe

VISCOSIDAD DINAMICA VS TEMPERATURA

Ing. Nancy Zevallos Quispe

VISCOSIDAD Y TEMPERATURA Los gases se comportan distinto de los líquidos, ya que su viscosidad se incrementa conforme la temperatura crece. Asimismo, por lo general, su cambio es menor que el de los líquidos.

Ing. Nancy Zevallos Quispe

VISCOSIMETRO

Ing. Nancy Zevallos Quispe

VISCOSIMETRO DE TAMBOR ROTATORIO ASTM D 5293

En el fluido se establece un gradiente de velocidad La viscosidad del fluido ocasiona en el un esfuerzo cortante que ejerce un torque de arrastre sobre el tambor rotatorio. El medidor detecta el arrastre e indica la viscosidad directamente en la pantalla analógica. Ing. Nancy Zevallos Quispe

VISCOSIMETRO DE TUBO CAPILAR

Ing. Nancy Zevallos Quispe

VISCOSIMETRO DE TUBO CAPILAR

Conforme el fluido pasa por el tubo a velocidad constante, el sistema pierde alguna energía, lo que ocasiona una caída de presión que se mide por medio de manómetros. La magnitud de la caída de presión se relaciona con la viscosidad del fluido en la ecuación siguiente

Ing. Nancy Zevallos Quispe

MEDIDA DE LA VISCOSIDAD POR EL MÉTODO DE STOKES

La ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds.

Ing. Nancy Zevallos Quispe

MEDIDA DE LA VISCOSIDAD POR EL MÉTODO DE STOKES

Conforme una esfera cae en un fluido solamente bajo la influencia de la gravedad, acelerara hasta que su peso (P) quede equilibrada con la fuerza de flotación o empuje (E) y fuerza resistente al movimiento (FR) Σ F= 0 FR + E - P = 0 = mg

La velocidad (v) que alcanza en ese tiempo se denomina velocidad limite Ing. Nancy Zevallos Quispe

MEDIDA DE LA VISCOSIDAD POR EL MÉTODO DE STOKES

Stokes encontró que el empuje E E=6 π resfera

v

Donde r = radio de la esfera = coef de viscosidad dinámica v = velocidad de la esfera Σ F= 0 FR + E - P = 0 (4/3) πr3 ρlíquido. g + 6πresfera

v - (4/3)πr3 ρesfera. g = 0

Ing. Nancy Zevallos Quispe

MEDIDA DE LA VISCOSIDAD POR EL MÉTODO DE STOKES

(4/3) πr3 ρlíquido. g + 6πresfera

v - (4/3)πr3 ρesfera. g = 0

= (2/9) . g. (ρesfera – ρlíquido) (resfera 2 / v

)

Ing. Nancy Zevallos Quispe

EJERCICIO

Calcular la viscosidad cinemática de un aceite con peso especifico =940 kg/cm3 y viscosidad dinámica = 0.0049.

Ing. Nancy Zevallos Quispe

Actividad de aprendizaje En su cuaderno: • De los fluidos No newtonianos: definir tres tipos de fluidos independientes tiempo. • De los fluidos No newtonianos: definir dos tipos de fluidos dependientes tiempo.

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