4 Viscosidad

M. Sc. Guillermo Linares Luján

17/11/16 M.Sc. Guillermo Linares Luján

Sesión 04: Viscosidad

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Preguntas:

M.Sc. Guillermo Linares Luján

Viscosidades Netzsch

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¿Fluido?


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Tension en el flujo de un fluido

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Es la propiedad del fluido que define la magnitud de su resistencia debida a las fuerzas de cizalla en su interior, es la propiedad que más influye en las características de flujo.

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VISCOSIDAD

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• Los diferentes fluidos presentan diferentes grados de resistencia a la tensión aplicada. La viscosidad es la propiedad del fluido que define la resistencia al movimiento existente entre las capas internas del fluido.

Esquema del perfil de velocidad en un líquido utilizado para definir la viscosidad

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u FA y


Viscosida d dinámica

u F A y

F u    A y Y =

A.X

+

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• Newton observó que si se aumenta el esfuerzo de corte, la «velocidad de cizallamiento» aumenta de forma proporcional.

B

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Los líquidos que cumplen la ecuación anterior se denominan líquidos newtonianos. El agua es un líquido newtoniano; otros alimentos que presentan características newtonianas son la miel, la leche líquida y los zumos de frutas.

Líquido

Viscosidad aproximada (Pa.s)

Aire Agua Aceite de Oliva Glicerol Miel líquida Jarabe dorado Vidrio

10-5 10-3 10-1 100 101 102 1040


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abla: Viscosidad de algunos materiales comunes a temperatura ambien

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El esfuerzo cortante  se obtiene seguidamente, teniendo en cuenta que la fuerza se expresa en Newton y el área en m2.

 Pa Las unidades de la viscosidad son:   Pa.s du dy 1 s Otro sistema común es el sistema cegesimal (cgs), donde la tensión presenta unidades de dina/cm2 y la velocidad de cizallamiento de 1/s.

dina.s   poise 2 cm


El término du/dy se denomina velocidad de cizallamiento. Sus unidades son 1/s, dadas por el cociente entre el cambio de velocidad (m/s) y la distancia (m).

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N   2 Pa m

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• Estos fluidos no cumplen la ecuación vista, las suspensiones densas, lodos, emulsiones, soluciones de polímeros de cadena larga, fluidos biológicos, alimentos líquidos, pinturas, suspensiones de arcillas y mezclas de hormigón son, en general, no newtonianos.

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Fluidos No Newtonianos

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Los no newtonianos (NNs) pueden dividirse en tres amplias clases de materiales.

1. NNs independientes del tiempo


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(Velocidad de cizalladura) = ƒ (esfuerzo cortante solo)

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Velocidad de cizalladura = ƒ (esfuerzo historia pasada cortante del esfuerzo)

3. NNs Viscoelásticos. Son materiales que combinan las propiedades elásticas de los sólidos con el comportamiento de los fluidos, y como ejemplos se tiene la saliva y en general todos los fluidos biológicos, sopa concentrada de tomate, masa de pan y muchas soluciones poliméricas.


• Son fluidos cuyo comportamiento en un momento determinado está influenciado por lo que les ha ocurrido en el pasado reciente. Por ejemplo, la salsa (ketchup) de tomate que ha estado en reposo durante un rato no verterá; sin embargo, una botella de ketchup recientemente agitada verterá fácilmente.

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2. NNs dependientes del tiempo pero no elásticos.

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Para otros tipos de NNs las ecuaciones de flujo, si pueden desarrollarse completamente, son mucho más complicadas. Sin embargo, afortunadamente, Para flujo en estado estacionario sin aceleraciones (flujo en tubos rectos sin boquillas, codos, orificios, etc.) estos fluidos pueden con frecuencia tratarse también como independientes del tiempo.

12 Esfuerzo frente a velocidad de cizalladura para las dos clases de fluidos no newtonianos, dependientes del tiempo, pero no elásticos.

Esfuerzo cortante y viscosidad

N  m 2  Pa

  1Pa.s 1 kg m.s du s  1 dy


 du       dy 

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1. Para un newtoniano el gradiente de velocidad es proporcional al esfuerzo cortante impuesto al fluido.

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 0 tensión o esfuerzo de fluencia  vis cos idad plástica




 du   N    0     2  Pa  dy   m 

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2. Para un plástico de Bingham la relación esfuerzo cortante frente gradiente de velocidad es lineal, pero no pasa por el origen.

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3. Para pseudoplásticos y dilatantes que siguen un comportamiento potencial, denominados fluidos de la ley de potencia, la relación entre esfuerzo cortante y gradiente de velocidad no es líneal.

 du   k    dy 

n

N  m 2  Pa  du  log  log k  n log   dy 

k kg m.s 2 n indice de consistencia del flujo Pa.s n n indice de comportamiento de flujo

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Método para encontrar los parámetros de flujo de un fluido que sigue un comportamiento potencial.

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• 4. Para plásticos en general se tiene

N  m 2  Pa

 0 tensión de fluencia K indice de consistencia del fluido n indice de comportamiento del fluido

 du     0 K    dy 


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 du    0  K    dy 

n

n

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0


 du  log(   0 ) log k  n log   dy 

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 du     0 k    dy 

n

Método para encontrar K y n para un plástico general una vez que se conoce

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0

0 Algunas veces es difícil estimar con seguridad. Una ayuda 0 du dy útil es representar frente a , de gráfico fue utilizado por primera vez por Casson para tinta de imprenta. Por tanto, la expresión de la forma


Método mejor para encontrar la tensión de fluencia de un plástico general.

   0  k' du dy 19

se denomina ecuación de Casson. Tiene sólo una vaga asociación con la teoría, pero es útil  0 para encontrar


• Leer el articulo: • http://www.unipamplona.edu.co/unipamplona/porta lIG/home_10/recursos/general/pag_contenido/publ icaciones/bistua_revista_ciencias_basica/2006/1 2082010/rev_bistua_vol4_num2_art7.pdf • Redactar un resumen máximo de 250 palabras sobre lo mas importante del texto.

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Trabajo no presencial

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