Mecánica de Fluidos Definiciones: Reología: Ciencia que estudia el flujo y deformación de los fluidos , cuando se someten a un esfuerzo de corte o cizalladura . Las características de los fluidos cambian cuando son sometidos a este tipo de esfuerzos. VISCOSIDAD: Se define como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus moléculas, es decir, resistencia a fluir. Viscosidad: Se define como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus moléculas , es decir, resistencia a fluir.
Cuando un fluido se mueve, se desarrolla en el una tensión de corte, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. La tensión de corte ( τ) puede definirse como la fuerza requerida para deslizar una capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia.
¿Para qué hacer medidas reológicas o de viscosidad? Para un control de calidad de una materia prima que debe ser consistente con requerimientos y tecnología de proceso donde se utilizará. Es muy útil para diseño de sistemas de bombeo y sistemas de tubería .
Se usa en síntesis de polímeros , permiten analizar cantidades relativas sin conocer el peso molecular. Analizar el curso de reacciones químicas para el control de calidad de producción. Estudio de tratamientos térmicos, mecánicos, químicos, verificar los efectos de aditivos . Predicen y controlan las propiedades del producto.
Deformación: Cambio en la forma del fluido debido a la aplicación de fuerzas externas. Cuando el fluido se deforma puede observarse un perfil de velocidad.
Fluidos No Newtonianos
Un fluido no newtoniano es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante , a diferencia de un fluido newtoniano . Un ejemplo familiar de un fluido con el comportamiento contrario es la pintura. Se desea que fluya fácilmente cuando se aplica con el pincel y se le aplica una presión, pero una vez depositada sobre el lienzo se desea que no gotee
Fluidos independientes del tiempo
Estos fluidos se pueden clasificar dependiendo de si tienen o no esfuerzo umbral, es decir, si necesitan un mínimo valor de esfuerzo cortante para que el fluido se ponga en movimiento Fluidos Pseudoplásticos La viscosidad aparente de un fluido pseudoplástico es inversamente proporcional al gradiente de velocidad (su modelo es uno de los más
utilizados). Algunos fluidos manifiestan un comportamiento acorde con la ley de potencia o de Ostwald – de Waele (Roels et al., 1974)
Donde, K es el coeficiente de consistencia [kg/(m s)], que se considera como una viscosidad aparente cuando la velocidad de esfuerzo cortante es 1; n es el índice de flujo (o índice de comportamiento), constante adimensional que es menor que 1 para fluidos pseudoplásticos (cuando n = 1 se obtiene el modelo para un fluido Newtoniano). Para estos fluidos la relación entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte deja de comportarse de manera lineal y tiene un comportamiento más cercano al parabólico.
A diferencia de los fluidos newtonianos, los no newtonianos no tienen un punto de velocidad máxima cuando se encuentran en régimen laminar, la velocidad máxima no es un punto en el centro de la tubería, sino un rango de valores del radio como se muestra en la siguiente figura:
Perfil de velocidades de un fluido pseudoplástico
La importancia de trabajar con este tipo de fluido es que genera un mejor arrastre de sólidos producidos por la perforación , esto debido a que la velocidad máxima tiene una mayor área de contacto, dependiendo de la velocidad de corte aplicada al fluido esta área puede aumentar (menor velocidad de corte) o disminuir (mayor velocidad de corte). La viscosidad de un fluido pseudoplástico decrece conforme se incrementa el gradiente de velocidad. Muchos alimentos líquidos de velocidad. Muchos alimentos líquidos pertenecen a esta categoría de fluidos. La dependencia del gradiente de velocidad de la viscosidad puede variar sustancialmente entre diferentes productos, y también para un líquido dado, dependiendo de la temperatura y de la concentración. La razón de este comportamiento al flujo es al incrementarse el gradiente de velocidad se deforman y/o se reordenan las partículas en suspensión del fluido, originándose una menor resistencia al flujo y obteniéndose como consecuencia una menor viscosidad.
EQUIPOS QUE MIDEN ESTOS FLUIDOS
Viscosímetro de Ostwald
El viscosímetro de Ostwald es de vidrio . Posee un ensanchamiento en forma de ampolla conectado a un tubo capilar vertical que se une a un segundo ensanchamiento . El conjunto se introduce en un baño termostático para fijar la temperatura
Reómetro Capilar
El líquido es forzado a pasar a través de un tubo de sección transversal constante y dimensiones conocidas bajo flujo laminar. Si algunas de las dos variables es fija, sea velocidad de flujo o la caída de presión, la otra es medida. Conociendo las dimensiones, la velocidad de flujo puede ser convertida en el valor de velocidad de corte y la caída depresión en el esfuerzo de corte. Variando la presión o el flujo se puede realizar una curva de flujo determinada Ejemplos:
Nata, zumos concentrados, champú y salsas. Es interesante resaltar que aunque las soluciones de sacarosa muestran comportamiento Newtoniano independiente de la concentración, los zumos concentrados se muestran siempre claramente no –newtonianos Algunos tipos de kétchup, mostaza, algunas clases de pinturas, suspensiones acuosas de arcilla, etc. Algunos geles y coloides se consideran materiales tixotrópicos, pues muestran una forma estable en reposo y se tornan fluidos al ser agitados. Variedades modernas de recubrimientos alcalinos, de látex y pinturas son materiales por lo general tixotrópicos que no caen de la brocha del pintor pero se pueden aplicar fácil y uniformemente pues el gel se liquidifica cuando se aplica
Bibliografía Internet
http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r86786.PDF
http://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq809/apuntes/Fluidos%20 no%20newtonianos_R1.pdf http://biorreactores.tripod.com/C5FPs.htm http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/nonewtoni anos/nonewtonianos.html http://www.slideshare.net/ilserocio/pseudoplasticos http://es.scribd.com/doc/50662940/8/A2-1-4-2-2-Fluidos-pseudoplasticos
