INSTR UM ENTO S A NA L ÍTICOS DE ME DICIÓN DICIÓN SEMESTRE
SÉPTIMO SÉPTIMO INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL INGENIERIA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN (ICA) PROFRA: PROFRA: M. en en C. NELLY NELLY MARIANA MARIANA BAENA BAENA L PEZ
VARIABLE VISCOSIDAD VISCOSIDAD DEFINICION
PROPIEDAD DE UN FLUIDO QUE TIENDE A OPONERSE A SU FLUJO CUANDO SE LE APLICA UNA FUERZA
La viscosidad es una propiedad de los fluidos que es de gran importancia en múltiples procesos industriales, además de ser una variable de gran influencia en las mediciones de flujo de fluidos, el valor de viscosidad se usa como punto de referencia en la formulación de nuevos productos, facilitando la reproducción de la consistencia de un lote a otro.
VISCOSIDAD La viscosidad de un fluido definida por Newton es la resistencia que ofrece el fluido al movimiento entre dos placas paralelas separadas por una distancia unidad, una de ellas fija y la otra móvil que se mueve con la unidad de velocidad (figura 7.32 a). Esta resistencia se expresa como cociente entre el esfuerzo cortante por unidad de área (F / A) Y la velocidad cortante por unidad de espesor de la capa de fluido (V/e).
Los fluidos newtonianos se caracterizan por la relación lineal entre el esfuerzo cortante unitario y la velocidad cortante unitaria, es decir, la representación gráfica de F / A con relación a V/e es una línea recta. Otros fluidos tienen pendientes variables y no siguen la definición de Newton, estando representados en la figura 7.32 b (fluidos no newtonianos).
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Muchos plásticos requieren la aplicación de una cierta fuerza a la placa móvil antes de que ésta se mueva y una vez en movimiento la viscosidad aparente disminuye al incrementarse la velocidad de la placa (la pendiente baja). Otros materiales que en reposo están coagulados, pasan al estado líquido al ser agitados (tixotrópicos). El cuerpo St Venant presenta sustancias que no tienen prácticamente pendiente (pasta de papel). Los términos relacionados con la viscosidad son: Visco sidad dinámic a o ab solu ta definida por la fórmula de Hagen-Poiseuille cuya unidad en el sistema de unidades internacionales SI es el Pa' s o el mPa' s (1 Pa· s = 1000 mPa· s) unidad que ha sustituido en el sistema CGS al poise (1 dina· s/cm2) y al centipoise (cp) equivalente a 0,01 poise (1 mPA· s = 1 centipoise). El agua a 20° C tiene una viscosidad de 1 centipoise. Visc osi dad ci nem ática que es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. Su unidad en el sistema internacional (SI) es el m 2 / s y en el CGS el cm 2 / s llamado stoke y para valores pequeños se emplea el centistoke (cs) igual a 0,01 stoke (1 m 2/s = 10 000 stokes).
Si la viscosidad se expresa en función del tiempo que un volumen determinado del fluido emplea para pasar a través de un orificio o de un tubo capilar (viscosímetro, fig 7.33 a) se utilizan las siguientes unidades. Escala Saybolt (Estados Unidos), Redwood (Gran Bretaña) y Engler (Europa). Existe una relación entre la viscosidad cinemática (v) y las unidades anteriores dada por la fórmula
con los valores de A y B dados por la tabla
Perfil de velocidades El flujo tiene por tanto un perfil de velocidades parabólico, siendo la velocidad máxima en el centro del tubo
Fluido ideal Un fluido ideal sale por la tubería con una velocidad. Toda la energía potencial disponible (debido a la altura h) se transforma en energía cinética. Aplicando la ECUACION DE BERNOULLI podemos fácilmente comprobar que la altura del líquido en los manómetros debe ser cero.
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Fluido viscoso En un fluido viscoso, el balance de energía es muy diferente. Al abrir el extremo del tubo, sale fluido con una velocidad bastante más pequeña. Los tubos manométricos marcan alturas decrecientes, informándonos de las pérdidas de energía por rozamiento viscoso. En la salida, una parte de la energía potencial que tiene cualquier elemento de fluido al iniciar el movimiento se ha transformado íntegramente en calor. El hecho de que los manómetros marquen presiones sucesivamente decrecientes nos indica que la pérdida de energía en forma de calor es uniforme a lo largo del tubo.
VARIABLE DENSIDAD La densidad o masa especifica de un cuerpo se define como su masa por unidad de volumen, expresándose normalmente en g/cm 3 o Kg/ m3. Como la densidad varia con la temperatura y con la presión (en los gases), se especifica para un valor base de la temperatura que en líquidos es de 0 °C o de 15 °C y en los gases de 0 °C y para un valor estándar de la presión en los gases es de 1 atm. La densidad relativa es la relación para iguales volúmenes de las masas del cuerpo y del agua a 4 °C en el caso de líquidos y en los gases la relación entre la masa y el cuerpo y la del aire en condiciones normales de presión y temperatura ( 0°C y 1 atm). ¿Cuáles son las dimensiones de la densidad relativa? Como cada unidad material representa un átomo o molécula y estos tienen masa, la que se mide en gramos o en kilogramos, entonces la densidad de una materia representa cuántos gramos o kilogramos hay por
unidad de volumen. Hay sustancias que tienen más átomos por unidad de volumen que otros, en consecuencia tienen más gramos, o kilogramos, por unidad de volumen. Por lo tanto, hay sustancias que tienen más densidad que otros. Supongamos que vamos a ver un partido de fútbol y nos damos cuenta de que en las galerías del estadio hay muy poca gente. Si dividimos todos los asientos disponibles por el número total de asistentes tendremos como resultado un valor numérico grande, donde habrá más de un asiento por cada persona presente. Si el estadio está lleno totalmente, en la división propuesta tendríamos un valor numérico menor, si no sobran asientos, la división sería uno y significaría que hay un asiento por persona.
Las densidades de líquidos cambian considerablemente con la temperatura y ligeramente con la presión, excepto cuando se aplican muy altas presiones. Agua: 20 ºC y 1 Atm 998 kg/m 3 20 ºC y 50 Atm 1000 kg/m 3 En la siguiente figura se observa la variación de la densidad con respecto a la temperatura en el caso del agua.
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Las densidades de gases y vapores están afectadas mayormente por cambios de presión y temperatura Aire: 20 ºC y 1 Atm 1.21 kg/m 3 20 ºC y 50 Atm 60.5 kg/m 3 Entre los sólidos, hay sustancias que tienen diferentes densidades, por ejemplo: el plomo es de mayor densidad que el aluminio. Lo mismo ocurre entre los líquidos y entre los gases. En los cuerpos sólidos suelen tener mayor densidad que los líquidos y éstos tienen mayor densidad que los gases. Lo anterior está dado por el hecho de que en un gas las partículas que lo componen están menos cohesionadas, en términos comunes esto significa que están más separados. En los líquidos hay mayor cohesión y en los sólidos la cohesión es mayor aún. En la siguiente figura se observan diferentes materiales y por tanto diferentes densidades. Traducir al español cada sustancia
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