Comportamiento Y cálculo De Viscosidad De Los Fluidos

Unidad 1 TRANSMICION DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO. (comportamiento y cálculo de viscosidad de los fluidos)

Fluidos: es aquella sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene.

Los fluidos se clasifican en líquidos y gases. Los líquidos a una presión y temperatura determinada ocupan un volumen determinado. Los gases a una presión y temperatura determinada también tienen un volumen determinado, pero puestos en libertad se expansionan hasta ocupar el volumen completo del recipiente que lo contiene, y no presenta superficie libre.

Por lo tanto los sólidos ofrecen una gran resistencia al cambio de forma y volumen, los líquidos ofrecen poca resistencia al cambio de volumen pero no de forma; y los gases ofrecen poca resistencia al cambio de forma y de volumen. Es decir el comportamiento de líquidos y gases es análogo en conductos cerrados (tuberías); pero no en conductos abiertos (canales) , por solo los líquidos son capaces de crear una superficie libre, en general los sólidos y los líquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles.

Viscosidad: es la resistencia que opone un fluido al flujo. Variables que le afectan la temperatura y presión.

Fluido newtoniano: es aquel fluido cuya viscosidad dinámica depende de la presión y de la temperatura, pero no del gradiente de velocidad dt/dy. Ejemplo de ellos el agua, aire y la mayoría de los gases y los fluidos de pequeña viscosidad.

Fluido no newtoniano: son aquellos que pertenecen a las grasas, materiales plásticos, metales líquidos, suspensiones, la sangre, la azúcar, la remolacha, las mieles densas, etc., se llama reologia.

Fluido ideal: es aquel fluido cuya viscosidad es nula. El fluido ideal no existe en la naturaleza ya que todos tiene un valor mínimo de viscosidad ejemplo de ello es el aire y el agua.

Fluidos compresibles: son aquellos flujos de fluido en los cuales la variación de su densidad es apreciable a través del volumen de control.

Fluidos incompresibles: son aquellos donde su densidad no varía y su volumen específico varía muy poco a través del volumen de control.

Flujo estacionario: es aquel que no cambia a lo largo del tiempo a través de todo el volumen de control.

Viscosidad cinemática: es la relación que existe entre la viscosidad dinámica y la densidad. La viscosidad cinemática en los gases varía mucho con la presión y la temperatura, mientras que las de los líquidos prácticamente varían solo con la temperatura.

Viscosidad dinámica: en el fluido varía mucho con la temperatura, se incrementa cuando aumenta la temperatura en los gases y disminuye en los líquidos.

Conceptos básicos:

Densidad de la sustancia.- la densidad es una propiedad de las sustancias y de los fluidos que reflejan la masa de la sustancia sobre la unidad de volumen se representa con la letra (ρ) las unidades son kg/m3, gr/ cm3 esta es la formula que la describe ρ= m/V .

Volumen específico: Se representa con la letra v el volumen específico es una propiedad intensiva de la sustancia sus unidades son mt3/kg su fórmula es la siguiente v =V/M el volumen específico es lo inverso de la densidad de la sustancia v= 1/ρ

Propiedad extensiva: son aquellas que dependen de la cantidad de materia o sustancia que se considere.

Propiedad intensiva. Son aquellas que dependen de la cantidad de materia o sustancia. Este es el caso del calor, peso, masa, energía, volumen, etc.

Los casos típicos de los fluidos son.

Fluido ideal: Es aquel donde la viscosidad se puede considerar despreciable.

Fluido newtoniano: Es aquel donde la viscosidad se considera constante.

Fluido plástico de bingham: Es aquel en el cual es necesario un esfuerzo de corte inicial para que comience afluir, ejemplo pinturas, aceite, etc.

Fluido dilatante: Este es el caso donde la viscosidad aumenta con la tasa de deformación.

Primera ley de newton de la viscosidad: Establece que la fuerza por unidad de área es proporcional a la distancia Y. la constante de proporcionalidad μ se denomina viscosidad del fluido. Es decir el esfuerzo cortante que se transfiere en un fluido es directamente proporcional al gradiente negativo de la velocidad y esa proporcionalidad viene dada por una constante.

F/A=-μ dvx/dy τ = f/A= - μ dvx/dy

Se le denomina viscosidad cinemática: a la relación que existe entre viscosidad absoluta y la densidad

ν =μ/ρ sus unidades son cm2/seg.

Influencia de la temperatura y la presión en la viscosidad:

La influencia de la temperatura y la presión de la viscosidad de fluidos es importante evaluar considerando separadamente el análisis en los gases y en los líquidos.

Análisis de influencia en gases: Metodología.

1er. paso.- Se estima la viscosidad que existe a partir de cierta temperatura y presión.

2º. Paso.- se aplica la ley de los estados correspondientes a vander walls

Parámetros críticos: al estado termodinámico en el cual no existe interface y el cambio de agregación o de estado de la sustancia ocurre instantáneamente se le denomina punto crítico de la sustancia.

Calculo de la viscosidad:

Método de Watson: plano termodinámico de una sustancia pura en las coordenadas temperatura absoluta y entropía.se define un plano en una curva A-C y un límite inferior de la interfase.

A-C curva límite inferior de la interfase (liquido saturado), C-B curva límite superior de la interfase (vapor saturado seco), isobara, curva de transformación a presión constante. A la temperatura donde empieza a cambiar de estado el líquido se le denomina temperatura de saturación, por que el líquido en ese momento se encuentra saturado.

En el esquema se ven los pasos del proceso. Proceso 2 (calentamiento del líquido), proceso 2-3 (cambio del estado del líquido a temperatura constante), proceso 3-4 (sobrecalentamiento del vapor a presión constante)

Liquido subenfriado.- es aquel liquido que tiene una temperatura inferior a la temperatura de saturación para la cual la presión que se encuentra el.

Líquido comprimido.- es aquel que tiene una presión superior que la correspondiente de presión de saturación a la temperatura que se encuentre el líquido. P2>Pa>P1

En la zona critica o el punto crítico no existe interfase, existe cambio de estado pero este ocurre sin interfase, ocurre instantáneamente, por ejemplo: para el agua la presión critica es Pc = 22.4 mega pascales, la temperatura critica es de Tc = 540 ºC cada sustancia en la naturaleza tiene parámetros críticos.

Parámetro critico.- es el cambio de estado.

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