viscosidad-dinamica (furzas de friccion en los liquidos)

7/23/2019 Viscosidad-dinamica (Furzas de Friccion en Los Liquidos)

http://slidepdf.com/reader/full/viscosidad-dinamica-furzas-de-friccion-en-los-liquidos 1/21

|“AÑO DE LA DIVERSIFICACION PRODUCTIVA Y DEL

FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACION”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA

TEMA: FUERZAS DE FRICCION EN LOSLIQUIDOS: VISCOSIDAD DINAMICA.

CURSO: FISICA II.

PROFESOR: LIC. RODRIGO LEANDRO NIMA MAZA

INTEGRANTES:

CURAY GUTIERREZ DENIS

CHANTA MONTALVO RICHARD CRISANTO JUAREZ EDGARDO

PALACIOS GARCIA MERLY.

PIEDRA HERRERA, SILVER.

SILUPU CARDENAS OMAR

INTRODUCCIÓN

La viscosidad es la propiedad más importante de los fluidos, y por tanto estarequiere la mayor consideración en el estudio del flujo de fluidos. Esta es laresistencia que ejercen los fluidos al ser deformado cuando este se aplica un



|mínimo de esfuerzo cortante. Es normalmente conocido como comportamiento defluidez o resistencia a la caída.Para una misma deformación, distintos fluidos oponen resistencias diferentes, esdecir, la viscosidad es una propiedad de los mismos .La viscosidad de un fluido depende de su temperatura. Es por eso que en loslíquidos a mayor temperatura la viscosidad disminuye mientras que en los gases

sucede todo lo contrario lo contrario. Existen diferentes formas de expresar laviscosidad de un fluido, pero las más importantes son las siguientes viscosidada!soluta o dinámica, cinemática, "ay!ol, #ed$oor.Los líquidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes de fluidos. Losprimeros tienen un volumen constante que no puede alterarse aprecia!lemente sison sometidos a compresión, por ende se dice que son fluidos incompresibles. Lossegundos no tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que loscontiene% son fluidos compresibles porque, a diferencia de los líquidos, sí puedenser comprimidos.La Ley de la viscosidad de &e$ton afirma que dada una rapidez de deformación

angular en el fluido, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a laviscosidad.La resistencia de un fluido al corte depende de su co'esión y de su rapidez de latransferencia de la cantidad del movimiento molecular. (n líquido, cuyas mol)culasdejan espacios entre ellas muc'o más cerradas que las de un gas, tienen fuerzasco'esivas muc'o mayor que un gas. La co'esión parece ser la causapredominante de la viscosidad en un líquido% y ya que la co'esión decrece con latemperatura, la viscosidad decrece tam!i)n.Las capas del fluido próximas al sólido tienen velocidades más lentas que lasalejadas de!ido a los procesos disipativos. Parte de la energía cin)tica setransforma en calor.

* En líquidos la viscosidad es de!ida a las fuerzas de co'esión moleculares. +uertedependencia directa con la temperatura.

* En gases la viscosidad es de!ida al intercam!io de momento lineal surgidos delos c'oques moleculares. Para los gases la viscosidad a!soluta suele ser máspequea que para los líquidos.

OBJETIVOS



|• (no de los principales o!jetivos de este tra!ajo, es conceptualizar de

manera clara y concisa a la viscosidad.

• -efinir la importancia del conocimiento de esta propiedad.

• Plantear la relación de la viscosidad con la densidad del fluido, latemperatura, la estructura interna y la presión.

• oncluir con la aplicación de la viscosidad para procesos industriales, y porende a sus productos.

MARCO TEORICO



|

FRUERZAS DE FRICCION EN LOS LIQUIDOS: VISCOSIDAD

DINAMICA

Los fluidos se definen como aquellas sustancias que son incapaces de resistir esfuerzos cortantes. uando sometemos un cuerpo sólido a la acción de un



|sistema de esfuerzos cortantes, experimenta una deformación !ien definida% por elcontrario, los fluidos se deforman continuamente !ajo la acción de los esfuerzoscortantes. -e una forma muy general, podemos clasificar los fluidos de acuerdocon la relación existente entre el esfuerzo cortante aplicado y la velocidad dedeformación que se produce en el fluido en ne$tonianos y no ne$tonianos

FLUIDOS REALES

Los fluidos reales se distinguen de los ideales en que poseen una cierta viscosidad,es decir, un rozamiento interior que origina tensiones tangenciales entre los filetesfluidos. uando un elemento de fluido se mueve respecto a los elementoscontiguos, este movimiento es o!staculizado por la existencia de esfuerzostangenciales o cortantes que tienden a disminuir la velocidad relativa del elementoconsiderado con respecto a los elementos contiguos. Entonces se dice que el fluidoes viscoso, y el fenómeno reci!e el nom!re de viscosidad.

Podemos considerar la viscosidad como una especie de rozamiento interno en losfluidos, en virtud del cual aparecen esfuerzos cortantes so!re la superficie de unelemento de fluido en movimiento relativo respecto al resto del fluido. /anto loslíquidos como los gases presentan viscosidad, aunque los primeros son muc'omás viscosos que los segundos. 0demás de esto los fluidos reales tam!i)n poseenuna cierta compresi!ilidad 1los fluidos pueden dividirse el dos tipos compresi!les eincompresi!les2

ELASTICIDAD

(n cuerpo es perfectamente elástico si una deformación se presentainstantáneamente con la aplicación de una fuerza y desaparece completa einstantáneamente con la eliminación de la misma.Los cuerpos elásticos no ideales son aquellos que frente a la aplicación de unesfuerzo presentan una deformación no instantánea, que no desapareceinstantáneamente con la eliminación del mismo. "e clasifican en sólidos elásticoscompletamente recupera!les y sólidos elásticos incompletamente recupera!les o

visco elásticos.

ESFUERZO CORTANTE (Τ):



|Esfuerzo es la intensidad, en un punto dado de la superficie de un cuerpo, de lascomponentes de la fuerza que act3an so!re un plano a trav)s de un puntodeterminado, por lo que se tienen esfuerzos de tensión, de compresión y de corte,dependiendo si las componentes son tangencialmente 'acia fuera o adentro delplano so!re el cual act3an las componentes de la fuerza. El esfuerzo se expresa en

unidades de fuerza por unidad de área. La expresión matemática que define elesfuerzo de corte en t)rminos de flujo está dada por la Ley de la viscosidad de&e$ton, donde se esta!lece el flujo en una sola dirección, paralela al plano.

DEFORMACIÓN Y FLUJO:

La deformación de un cuerpo puede ser clasificada en dos tipos generalesdeformación espontánea reversi!le o elasticidad 10sociada a los sólidos2 ydeformación irreversi!le o flujo 10sociada a los líquidos2.

Los fluidos para los que el esfuerzo cortante es directamente proporcional a larapidez de deformación se denominan fluidos ne$tonianos. -e!ido a que elesfuerzo cortante es directamente proporcional a la deformación de corte, d45dy,una gráfica que relaciona estas varia!les resulta en una recta que pasa por elorigen.

Para algunos líquidos el esfuerzo cortante puede no ser directamente proporcionala la rapidez de deformación, estos se llaman fluidos no ne$tonianos.

DEFORMACIONNN

FLUJO

NEWTONIANO

NONEWTONIANO

VISCOELASTICO

VISCOINELASTICO



| Los fluido !"#$o!i%!o son aquellos cuya relación esfuerzo de corte

vs gradiente de deformación es lineal y su viscosidad es una constante.La viscosidad de un fluido ne$toniano está determinada 3nicamente por la temperatura y composición. La viscosidad de un fluido ne$toniano nodepende del tiempo de aplicación del esfuerzo, aunque sí puededepender tanto de la temperatura como de la presión a la que se

encuentre.

•Los visco elásticos son aquellos que presentan una deformaciónvisco elástica y tienen un comportamiento reológico decaracterísticas de sólido 1componente elástico2, como de líquido1componente viscoso2. Los alimentos sólidos son en mayor o menor medida visco elástico.

•Los visco inelásticos son fluidos que al someterlos a un esfuerzopresentan una deformación irreversi!le o flujo, se les considerafluidos no ne$tonianos por excelencia.

Lo fluido !o !"#$o!i%!o son aquellos cuya relación esfuerzo decorte y gradiente de deformación no es lineal.

CONCE&TO DE VISCOSIDAD

"e 'a!la de viscosidad para 'acer referencia a la fuerza contraria que un fluidoejerce ante una deformación de característica tangencial. "e trata de una

propiedad caracterizada por la resistencia a fluir que se genera a partir delrozamiento entre las mol)culas.-ado que todos los fluidos conocidos presentan alg3n nivel de viscosidad, el'ipot)tico fluido sin viscosidad 1es decir, con viscosidad nula2 se conocecomo fluido ideal.

6ás concretamente podemos esta!lecer que la viscosidad es la principal sea deidentidad que identifica a todos y cada uno de los lu!ricantes existentes.

La viscosidad se advierte con el rozamiento que se registra entre las sucesivascapas de un fluido. 0l arrastrar la superficie de un fluido, las capas inferiores semovilizan de manera más lenta que la superficie ya que son afectadas por laresistencia tangencial. La viscosidad, por lo tanto, se manifiesta en los fluidos enmovimiento 1donde las fuerzas tangenciales entran en acción2

http://definicion.de/molecula/

http://definicion.de/molecula/



|uando la viscosidad es muy grande, el rozamiento entre las capas adyacentes espronunciado y el movimiento, por lo tanto, resulta d)!il.

La viscosidad de los fluidos se mide a trav)s del coeficiente de viscosidad, unparámetro que depende de la temperatura

&RO&IEDADES DE LA VISCOSIDAD

La viscosidad a!soluta de todos los fluidos es prácticamente independiente

de la presión en el rango de valores que se encuentran en el campo de laingeniería.

La viscosidad cinemática de los gases varía con la presión de!ido los

cam!ios de densidad. La viscosidad de los vapores saturados o poco recalentados es modificada

aprecia!lemente por cam!ios de presión, sin em!argo los datos so!revapores son incompletos y en algunos casos contradictorios, es por esto quecuando se trata de vapores distintos al de agua se 'ace caso omiso delefecto de la presión a causa de la falta de información adecuada.

En un líquido las mol)culas tienen una movilidad limitada con fuerzas

co'esivas grandes. (n aumento de la temperatura disminuye la co'esiónentre mol)culas 1se apartan más2 y decrece la viscosidad o 7pegajosidad8del fluido.

En un gas 'ay gran movilidad y muy poca co'esión, sin em!argo las

mol)culas c'ocan y de aquí que se origina la viscosidad% al aumentar latemperatura la temperatura aumenta el movimiento aleatorio y por ende laviscosidad.

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD

Existe una gran variedad de instrumentos que se pueden usar para determinar laspropiedades de flujo de los fluidos ne$tonianos. "in em!argo, solo algunos puedenaportar datos que se puedan usar para calcular las viscosidades en unidadesfundamentales el diseo de muc'os instrumentos impide calcular viscosidades

a!solutas, ya que solo proporcionan datos en unidades empíricas.

• Vi'o"$*o '%+il%*"

http://definicion.de/temperatura/

http://definicion.de/temperatura/



|(n viscosímetro capilar puede usarse para determinar la viscosidad siempre que elfluido sea ne$toniano y el flujo laminar. "e mide la velocidad de flujo del fluido atrav)s del capilar por efecto de la gravedad o de una presión aplicada desde elexterior.

• Vi'o"$*o d" "f"*% d"'"!d"!$"

Este viscosímetro se !asa en la ley de "to9es. uando un cuerpo cae atreves deun medio viscoso, experimenta una resistencia u oposición viscosa que se resisteal movimiento descendente. Por consiguiente, si un cuerpo cae a trav)s de unlíquido por efecto de la gravedad, tras un periodo inicial de aceleración se produceun movimiento a velocidad terminal uniforme cuando la fuerza de gravedad seequili!ra con la oposición viscosa.

EFECTOS DEL CALOR

La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar

al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso 'ay menos mol)culas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento'asta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintascapas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y la viscosidaddisminuye. En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa lareducción de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cam!ian muy pocosu tendencia fluir cuando cam!ia la temperatura, por lo que son muy 3tiles comolu!ricantes cuando una máquina está sometida agrandes cam!ios de temperatura.

LEY DE LA VISCOSIDAD DE NE,TON

0l comienzo 'emos definido los fluidos como aquellas sustancias que sonincapaces de resistir esfuerzos cortantes. uando metemos un cuerpo sólido a laacción de un sistema de esfuerzos cortantes, experimenta una deformación !iendefinida% por el contrario, los fluidos se deforman continuamente !ajo la acción delos esfuerzos cortantes, viene expresado por

1-onde :"y es el área del elemento de fluido que está en contacto con la láminamóvil.2



|La ley de la viscosidad de &e$ton puede expresarse como

uando deseamos calcular el esfuerzo cortante en un fluido, resulta ciertamentedesea!le formular una expresión de la velocidad de deformación d;5dt en funciónde magnitudes más fácilmente medi!les. Para eso, consideraremos eldesplazamiento lineal :< experimentado por la lámina móvil -urante el intervalo detiempo :t, que vendrá dado por

:t y que es el mismo que 'a!rá experimentado la superficie del elemento de fluidoque está en contacto con dic'a lámina móvil. Puesto que el ángulo :; es muypequeo, tam!i)n podemos escri!ir

de modo que igualando am!as expresiones se o!tiene

y tomando límites en am!os miem!ros de esta igualdad resulta =

de modo que la velocidad de deformación del elemento fluido es igual al gradientetransversal de velocidad en el mismo. -e acuerdo con este resultado, la ley deviscosidad de &e$ton se escri!e en la forma



| 0'ora consideraremos una situación algo más general, en la que un fluido viscosofluye en r)gimen laminar, de modo que las partículas fluidas se mueven contrayectorias rectilíneas y paralelas.

Los esfuerzos cortantes so!re las caras superior e inferior vendrán expresados

por

oeficiente de viscosidad.>?ntroduciendo un coeficiente de proporcionalidad adecuado para cada sustanciafluida, la proporcionalidad que expresa la ley de viscosidad de &e$ton se convierteen igualdad%esto es

El coeficiente @ reci!e el nom!re de coeficiente de viscosidad a!soluta o dinámica,o simplemente coeficiente de viscosidad, y representa el cociente entre el esfuerzotangencial o cortante y el gradiente transversal de velocidad% es decir

VISCOSIDAD DINAMICA



|La viscosidad puede considerarse como el rozamiento interno de un fluido. Laviscosidad ejercer fuerza para 'acer que una capa líquida se deslice so!re otra.La viscosidad es mayor en líquidos que en gases.

El pro!lema del movimiento de un fluido viscoso es similar al del esfuerzo cortantey la deformación por cizalladura en un sólido. -os placas paralelas entre las que

'ay un fluido con la placa inferior en reposo y la placa superior movi)ndose convelocidad v el fluido en contacto con las placas se mueve con la misma velocidadque ellas. La velocidad de las capas intermedias aumentan uniformemente de unasuperficie a otra.

Este tipo de flujo se llama flujo laminar las capas del líquido se deslizan unas so!reotras una porción de líquido 1línea continua2 tomará en un instante posterior laforma sealada en el di!ujo 1línea discontinua2 y se deformará cada vez más alcontinuar el movimiento aumenta constantemente su deformación por

cizalladura. Para mantener la posición de la lámina inferior 'ay que 'acer unafuerza + en sentido contrario.

"i " es la superficie del fluido so!re la que se aplican las fuerzas, como ya 'emosvisto antes, existe un esfuerzo cortante ejercido so!re el fluido cuyo valor es

A su efecto es producir cierto desplazamiento . "ea dt el tiempo en el que el

esfuerzo cortante produce un desplazamiento dx . La deformación elemental decizalladura producida en dt es



|

-e donde la variación con el tiempo de la deformación por cizalladura en un fluidoes

"e le llama tam!i)n variación de la deformación, simplemente.

El coeficiente de viscosidad de un fluido, o simplemente viscosidad, se define comola razón

B !ien

CC 1D2

La unidad de viscosidad es en el ".?. . En el

sistema c.g.s la unidad es y se denomina poise.

Hay fluidos donde (4) no se cumple, como ocurre con la sangre donde la velocidad

aumenta más rápidamente que la fuerza . P.e. si la fuerza aumenta al do!le, lavelocidad aumenta a más del do!le. Este comportamiento se explica por el 'ec'ode que a escala microscópica la sangre no es un fluido 'omog)neo sino unasuspensión de partículas sólidas en un líquido. Las partículas en suspensión tienenformas características como los gló!ulos rojos que tienen forma de disco. 0velocidades pequeas los discos están todos orientados aleatoriamente pero amedida que aumenta la velocidad tienden a orientarse en el mismo sentido para



|facilitar el flujo. /am!i)n les pasa lo mismo a los fluidos que lu!rican lasarticulaciones. Los lquidos que satisfacen (4) se llaman lquidos ne!tonianos.

USOS Y APLICACIONES

DE LA VISCOSIDAD



|

USOS Y A&LICACIONES DE LA VISCOSIDAD

La industria de lu!ricantes constantemente mejora y cam!ia sus productos amedida que los requerimientos de las maquinas nuevas cam!ian y nuevosprocesos químicos y de destilación son descu!iertos.

Los lu!ricantes son materiales puestos en medio de partes en movimiento con elpropósito de !rindar enfriamiento 1transferencia de calor2, reducir la fricción, limpiar los componentes, sellar el espacio entre los componentes, aislar contaminantes ymejorar la eficiencia de operación.

Por ejemplo, los lu!ricantes desempean tam!i)n la función de selladores ya que

todas las superficies metálicas son irregulares y el lu!ricante llena los espaciosirregulares de la superficie del metal para 'acerlo liso, además sellando así la

potencia transferida entre los componentes. "i el aceite es muy ligero 1!ajaviscosidad2, no va a tener suficiente resistencia y la potencia se va a escaparCsiel aceite es muy pesado o grueso 1alta viscosidad2, la potencia se va a perder enfricción excesiva 1y calor2. "i el aceite se ensucia, actuará como a!rasivo entre loscomponentes, gastándolos.



|Btro ejemplo los lu!ricantes tam!i)n tra!ajan como limpiadores ya que ayudan aquitar y limpiar los depósitos producidos por derivados de la com!ustión 1unaespecie de car!ón que es una mezcla de com!usti!le quemado, agua y productosde la descomposición del lu!ricante mismo2.

"i el aceite es muy ligero, no va a poder limpiar lo suficiente y no proveerá

aislamiento de esta !asura% si es muy pesado se va a mover muy despacio y nova a poder entrar en los lugares más ajustados. El aceite sucio, sea pesado oligero, simplemente seguirá agregando !asura, sin ayudar a la limpieza. El aceitejusto va a ayudar a remover la !asura y mandarla al filtro. En general la funciónlimpiadora del lu!ricante es ayudada con un filtro, para que el aceite pueda retornar 1limpia, una vez que pasó por el filtro2 a limpiar una vez más las superficies !ajopresión y fricción.

Btro uso de lu!ricantes es para impartir o transferir potencia de una parte de lamaquinaria a otra, por ejemplo en el caso de sistemas 'idráulicos 1!om!a dedirección, etc.2. &o todos los lu!ricantes sirven para esto y no todos los lu!ricantes

de!en cumplir esta función.

Los lu!ricantes tam!i)n contri!uyen al enfriamiento de la maquinaria ya queacarrean calor de las zonas de alta fricción 'acia otros lados 1radiadores, etc.2enfriándola antes de la próxima pasada.

CONCLUSIONES



|

CONCLUSIONES

• La viscosidad de un líquido puro varia, en su mayor parte, acorde con la

temperatura. La presión tiene un efecto pequeo 1muy inferior al de latemperatura2 so!re la viscosidad de un gas y el efecto de presión en un

líquido es extremadamente pequeo. El efecto de la temperatura so!re laviscosidad de un líquido es nota!lemente diferente del efecto so!re un gas%mientras en este 3ltimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, lasviscosidades de los líquidos disminuyen invaria!lemente de maneramarcada al elevarse la temperatura.



|

• U! fluido " - .i'oo /u" o$*o +o*/u":

La viscosidad es una de las propiedades más importantes de los fluidos, yaque ayuda a descri!ir el comportamiento del fluido desde el punto de vistade la deformación que sufren al reci!ir un esfuerzo cortante, distinto a

cómo responden los sólidos.omo la viscosidad es la oposición de los fluidos a fluir, se ve afecta da por la densidad del fluido, la temperatura, la estructura interna, y en una pocaproporción por la presión.Entre más viscoso sea un fluido, más tiempo se demorará en ir de un lugar aotro.

• L% '%*%'$"*$i'% /u" " %!o$%! "! lo "!.%" d" lo %'"i$"

lu0*i'%!$":

Los aceites lu!ricantes se distinguen entre si seg3n sus propiedades oseg3n su comportamiento en las máquinas. -e!emos de conocer laspropiedades de los aceites lu!ricantes, para poder determinar cuálutilizaremos seg3n la misión que de!a desempear. (n !uen aceitelu!ricante, a lo largo del tiempo de su utilización, no de!e formar excesivosdepósitos de car!ón ni tener tendencia a la formación de lodos ni ácidos%tampoco de!e congelarse a !ajas temperaturas. Las propiedades másimportantes que de!en tener los aceites lu!ricantes son color, densidad,

viscosidad, índice de viscosidad, acidez, etc.

• Los viscosímetros definen las propiedades viscosas de un fluido a

temperaturas am!iente o a distintas temperaturas seg3n sea el equipo%com3nmente en la forma de un tu!o capilar cali!rado, a trav)s del cual unlíquido pasa a una temperatura controlada, en un tiempo específico.

• Entre más viscoso sea un fluido, más tiempo se demorará en ir de un lugar a

otro.



|• omo la viscosidad es la oposición de los fluidos a fluir, se ve afectada por la

densidad del fluido, la temperatura, la estructura interna, y en una pocaproporción por la presión.

• La forma más sencilla de medir la viscosidad de un líquido es tomando como

referencia la viscosidad de una sustancia muy conocida,por ejemplo el agua, así se reducen las varia!les y se o!tiene unaexpresiónpequea y más tra!aja!le, que puede tener asociado lamedición de tiempo ydensidad.

Esta magnitud es muy importante conocerla al disear conductos para fluidos,acueductos, oleoductos, en las fá!ricas para el !om!eo y traslado de los materialesque se procesan. Para la lu!ricación de motores de com!ustión, con el uso delaceite adecuado se logra una !uena lu!ricación evitando el desgaste de las piezas

del motor y logrando su !uen funcionamiento.

BIBLIOGRAFIA



|

BIBLIOGRAFÍA Y LINCOGRAFÍA

• 74?"B"?-0-8, ?ngF #u!)n 6arcano, lo encontramos enmarcanord.files.!ordpress.com"#$%&"$%"viscosidad'rdmc.pdf

•

7?&/#B-(?G& 0 L0 4?"B"?-0-8, lo encontramos en!!!.uu.es"gem"docencia"fund'fisicos"pract'iscosidad.pdf

http://www.uhu.es/gem/docencia/fund-fisicos/pract-Viscosidad.pdf

http://www.uhu.es/gem/docencia/fund-fisicos/pract-Viscosidad.pdf



|• 7-?&H6?0 -E +L(?-B"8, lo encontramos en

!!!.ugr.es"*+torres"t.pdf

• 7+L(?-B" IE&E#0L?-0-E" A -E+??B&E"8, (niversidad de 0lcalá, loencontramos en!!!&.ua.es"gifa"documentos"-/"0ransparencias1-/"tema141ifa.pdf

• 7+L(?-B" #E0LE"8, lo encontramos en!!!.sc.eu.es"sb!eb"fisica"fluidos"dinamica"viscosidad"viscosidad.tm

http://www.ugr.es/~jtorres/t7.pdf

http://www.ugr.es/~jtorres/t7.pdf

viscosidad-dinamica (furzas de friccion en los liquidos)

Documents