UNIDAD 2
FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS
VISCOSIDAD
Esta propiedad es una de las más importantes en el estudio de los...
La rapidez de transferencia de cantidad de movimiento
molecular
Las moléculas de un líquido presentan fuerzas de cohesión ...
FLUIDOS NEWTONIANOS
Es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La
curva que muestra la relaci...
Fluidos no newtonianos.
Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a
la relación de de...
nombra dilatante; aquí el fluido se engruesa con un aumento en la tasa de
corte.Además, existen los llamados materiales li...
FUENTES DE INFORMACION
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/nonewtonianos/no
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Unidad 2 mecanismos

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Unidad 2 mecanismos

  1. 1. UNIDAD 2 FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS VISCOSIDAD Esta propiedad es una de las más importantes en el estudio de los fluidos y se pone de manifiesto cuando los fluidos están en movimiento. La viscosidad de un fluido se define como su resistencia al corte. Se puede decir que es equivalente a la fricción entre dos sólidos en movimiento relativo. Cuando deslizamos un sólido sobre otro, es preciso aplicar una fuerza igual en dirección y magnitud a la fuerza de rozamiento pero de sentido opuesto: , donde (m) es el coeficiente de rozamiento y ( ) es la fuerza normal, para que el sólido se mueva con velocidad constante ( ) en dirección, sentido y magnitud. En el caso de un fluido, consideremos un par de placas de vidrio, lo suficientemente grandes como para despreciar un posible efecto de borde, y separadas una distancia pequeña (h). Entre estas placas introducimos un fluido. Aplicamos una fuerza tangente o de cizalla ( ) a la placa de arriba (I) haciendo que ésta se deslice con respecto a la placa de abajo (II), la cual permanece en reposo. RELACION ENTRE VISCOCIDAD Y TEMPERATURA En un líquido, la viscosidad disminuye cuando aumenta la temperatura, pero en un gas, la viscosidad aumenta cuando aumenta la temperatura… ¿a qué es debido esto?. La resistencia de un fluido al corte depende de dos factores importantes: Las fuerzas de cohesión entre las moléculas
  2. 2. La rapidez de transferencia de cantidad de movimiento molecular Las moléculas de un líquido presentan fuerzas de cohesión de mayor magnitud que las que presenta un gas. Dicha cohesión parece ser la causa más predominante de la viscosidad en líquidos. Cuando aumenta la temperatura de un líquido, aumenta la energía cinética de sus moléculas y, por tanto, las fuerzas de cohesión disminuyen en magnitud. Esto hace que disminuya la viscosidad. En un gas, la magnitud de las fuerzas cohesivas entre las moléculas es muy pequeña, por lo que la causa predominante de la viscosidad es la transferencia de la cantidad de movimiento molecular. Expliquemos qué es esto. LEY DE NEWTON VISCOSIDAD TIPOS DE FLUIDOS Fluido Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de un esfuerzo de corte, por tanto, en ausencia de este, no habrá deformación. Los fluidos pueden clasificarse de manera general de acuerdo con la relación entre el esfuerzo de corte aplicado y la relación de deformación. Si se considera un elemento de fluido entre dos placas paralelas infinitas. La placa superior se mueve a una velocidad constante, du, bajo la influencia de una fuerza aplicada constante, dFx. El esfuerzo de corte tyx aplicado al elemento de fluido está dado por: tyx= limdAy-->0 dFx/dAy = dFx/dAy (1) donde dAy es el área del elemento de fluido en contacto con la placa. Durante el intervalo de tiempo dt el elemento de fluido se deforma de la posición MNOP a la posición M'NOP'. La relación de deformación del fluido está dada por: Relación de deformación = limdt-->0 da/dt = da/dt (2)
  3. 3. FLUIDOS NEWTONIANOS Es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal. Fue denominado por Isaac Newton desde que lo describiera como flujo viscoso. En este tipo de fluido la viscosidad puede considerarse constante en el tiempo y sólo depende de la temperatura. Los fluidos se pueden clasificar atendiendo a la relación que existe entre el esfuerzo cortante aplicado y la rapidez de deformación resultante. Aquellos fluidos donde el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la rapidez de deformación se denominan fluidos newtonianos. Características El fluido newtoniano carece de propiedades elásticas, es incompresible, isotrópico e irreal; aunque muchos fluidos reales ofrecen un comportamiento similar al newtoniano dentro de un rango de gradientes. Cumplen con la ley de Newton de la viscosidad, por lo tanto, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación es lineal. Viscosidad y temperatura Para un fluido newtoniano, la viscosidad sólo depende de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura disminuye su viscosidad. Esto quiere decir que la viscosidad es inversamente proporcional al aumento de la temperatura. La ecuación de Arrhenius predice de manera aproximada su viscosidad. La viscosidad de un fluido newtoniano no depende del tiempo de aplicación del esfuerzo, aunque sí puede depender tanto de la temperatura como de la presión a la que se encuentre. Ejemplos de fluidos newtonianos Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales. Alimentos fluidos de comportamiento newtoniano Algunos alimentos fluidos presentan un comportamiento muy cercano al newtoniano, ejemplos de ellos son: mieles, sirope de maíz, sirope de maple, soluciones azucaradas, leche, aceites comestibles ligeros y jugos naturales de fruta.
  4. 4. Fluidos no newtonianos. Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos. Estrictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. 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. Un gran número de ecuaciones empíricas se han propuesto para modelar las relaciones observadas entre tyx y du/dy para fluidos independientes del tiempo. Pueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniería mediante un modelo de la ley de potencia, el cual se convierte para un flujo unidimensional en tyx = k·(du/dy)n donde el exponente n se llama índice de comportamiento del flujo y k el índice de consistencia. Esta ecuación se reduce a la ley de viscosidad de newton para n = 1 y k = m , para un fluido newtoniano.Los fluidos en los cuales la viscosidad aparente disminuye con el aumento de la relación de deformación (n < 1) se llaman seudoplásticos. Es decir con un incremento en la tasa de corte el liquido se adelgaza. Casi todos los fluidos no newtonianos entran en este grupo; los ejemplos incluyen soluciones poliméricas, suspensiones coloidales y pulpa de papel en agua. Si la viscosidad aparente aumenta con el incremento de la relación de deformación (n > 1) el fluido se
  5. 5. nombra dilatante; aquí el fluido se engruesa con un aumento en la tasa de corte.Además, existen los llamados materiales lineales de Bingham, donde se presenta un desplazamiento finito para un esfuerzo cortante menor que un valor t1 y para el cual existe un comportamiento viscoso newtoniano cuando el esfuerzo es menor que t1. Para este comportamiento la ecuación correspondiente es: t=t1+mB du/dy El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. Los fluidos tixotrópicos como tintas de impresor , tiene una viscosidad que depende de la deformación angular inmediatamente anterior de la sustancia y tiende a solidificarce cuando se encuentra en reposo, estos fluidos muestran una reducción de n con el tiempo ante la aplicación de un esfuerzo de corte constante. Los fluidos reopécticos muestran un aumento de n con el tiempo. Después de la deformación, algunos regresan parcialmente a su forma original cuando se libera el esfuerzo aplicado. A tales fluidos se les llama viscoelásticos. esfuerzo cortante du/dy Al modelo de Bingham, que representa aceptablemente bien a las pinturas, barnices y algunos productos alimenticios, corresponde, en el supuesto de flujo dentro de una tubería el desarrollo de un perfil de velocidad "normal" en cercanías de las paredes, donde el esfuerzo cortante es mayor y un perfil completamente plano en cercanía del eje de la tubería donde el esfuerzo cortante se encontraría por debajo de un valor crítico. El modelo pseudoplástico que representa adecuadamente el comportamiento de algunas suspensiones como pulpa de papel, napalm en kerosene, etc. corresponde el desarrollo de un perfil de velocidad aplanado en el centro, semejante a la representación de los perfiles turbulentos. El modelo dilatante que represente el comportamiento de algunas pastas corresponde al desarrollo de un perfil de velocidad cónico.
  6. 6. FUENTES DE INFORMACION http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/nonewtonianos/no newtonianos.html http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/nonewtonianos/no newt3.jpg  De Hombre Morgado, Roger. 2002. Reología y Textura de Alimentos . Centro de Documentación e Información Científico-Técnica Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia.  â Mecánica de fluidos. Irving H. Shames. Pag 15-18.   â CD ROM de Liggett.   â Flujo en tuberías y canales. Rodrigo Cano Gallego.   â Enciclopedia didáctica ilustrada. Salvat editores. Tomo 2.

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