Ley de Newton de la Viscosidad
Se puede definir un fluido ideal como aquel en el cual no existe fricción entre sus partículas, o sea sin viscosidad (µ=0). Un fluido como éste solamente es una idealización, puesto que todos los fluidos, de una forma u otra, son viscosos y compresibles. En un fluido real, siempre actúan fuerzas tangenciales o cortantes cuando existe movimiento, dando lugar a las fuerzas de fricción y que se debe a la propiedad de los fluidos llamada viscosidad.
Considerando un fluido (líquido o gas) alojado entre dos grandes placas planas y paralelas, de área A, separadas por una distancia muy pequeña "y"
Suponiendo que el sistema está inicialmente en reposo, (a); en el tiempo " t=0", la lamina inferior se pone en movimiento en la dirección del eje X, con una velocidad constante "v", (b) Conforme transcurre el tiempo, (c), el fluido gana cantidad de moviemiento y , finalmente se establece el perfil de velocidad en regimen estacionario, (d). Una vez que se alcanza este estado estacionario de movimiento, es preciso aplicar
una fuerza constante F para conservar el movimiento de la placa inferior. Esta fuerza esta dada por F como se ve en la siguiente expresión, si se supone flujo laminar .
Donde µ es la constante de proporcionalidad, llamada viscosidad del fluido. El esfuerzo cortante que se ejerce en la dirección x , sobre la superficie del fluido-fuerza por unidad de área- situada a una distancia constante y, por el fluido existente en la región donde y es menor, se designa por τxy
Esta es la ley de Newton de la viscosidad y los fluidos que la cumplen, se denominan fluidos newtonianos. Todos los gases y la mayoría de los líquidos sencillos se comportan de acuerdo a esta ecuación.
Fricción
Fig. 1 - Fricción estática: no se inicia el movimiento si la fuerza tangencial aplicada T hace que el ángulo sea menor a φ 0 (no supera a F). Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies ( fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento ( fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayoremente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, si no que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.
Desgaste En ciencia de materiales, el desgaste es la erosión de material sufrida por una superficie sólida por acción de otra superficie. Esta relacionado con las interacciones entre superficies y más específicamente con la eliminación de material de una superficie como resultado de una acción mecánica. 1 La necesidad de una acción mecánica, en forma de contacto debido a un movimiento relativo, es una distinción importante entre desgaste mecánico y cualquier otro proceso con similares resultados. 2
Tipos de lubricacio Existen distintas sustancias lubricantes dependiendo de su c omposición y presentación: •
Líquidos
De base (origen) mineral o vegetal. Son necesarios para la lubricación hidrodinámica y son usados comunmente en la industria, motores y como lubricantes de perforación. •
Semisólidos
Son las denominadas "Grasas". Su composición puede ser mineral, vegetal o animal y frecuentemente son combinadas con lubricantes sólidos como el Grafito, Molibdeno o Litio. •
Sólidos
Es un tipo de material que ofrece mínima resistencia molecular interna por lo que por su composición ofrece optimas condiciones de lubricación sin necesidad de un aporte lubricante líquido o semisólido. El más común es el Grafito aunque la industria está avanzando en investigación en materiales de origen metálico.
Hidrostática
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes la hidrostática estudia fluidos en reposo tales como gases y líquidos.(fluido inmovil) p=f/a sabiendo que p=presión , f=fuerza y a=área.
Hidrodinámica La hidrodinámica estudia la dinámica de fluidos incompresibles. Etimológicamente, la hidrodinámica es la dinámica del agua, puesto que el prefijo griego "hidro-" significa "agua". Aun así, también incluye el estudio de la dinámica de otros líquidos. Para ello se consideran entre otras cosas la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido. Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes: •
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Que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases. Se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento. Se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.
La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como diseño de canales, construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc. Daniel Bernoulli fue uno de los primeros matemáticos que realizó estudios de hidrodinámica.
