Identificar y relacionar el esfuerzo cortante, la viscosidad y el gradiente de velocidades en un fluido

Objetivos:

• Identificar y relacionar el esfuerzo cortante, la viscosidad y el gradiente de velocidades en un fluido

newtoniano.

• Distinguir la viscosidad como una propiedad de los fluidos.

• Identificar los factores que afectan la viscosidad de un fluido.

• Aplicar la definición de esfuerzo viscoso para determinar la viscosidad de algunos fluidos

newtonianos líquidos.

Marco Teórico:

Un fluido es algo deformable que puede amoldarse totalmente a la forma del recipiente en el que está contenido. Puede ser un gas, que ocupa todo el volumen disponible, o un líquido, que ocupa un volumen correspondiente a su cantidad. Para describir el movimiento de un fluido, se define en cada punto un vector velocidad que puede cambiar de un punto a otro. Todos los fluidos reales poseen una viscosidad que relaciona el movimiento de un elemento del fluido con el de sus vecinos. Suele ser más cómodo pensar en un fluido ideal, desprovisto de viscosidad y llamado fluido perfecto.

Los fluidos pueden ser clasificados en dos ramas, los newtonianos y los no newtonianos. En los newtonianos existe una relación lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la rapidez de deformación resultante. El fluido newtoniano carece de propiedades elásticas, es incomprensible e irreal, aunque muchos fluidos reales pueden ofrecer un comportamiento similar a estos dentro de un rango de gradientes.

Para un fluido newtoniano, la viscosidad solo depende de la temperatura. Siempre que la temperatura aumenta la viscosidad disminuye, es decir que es inversamente proporcional al aumento de calor.

La viscosidad dinámica o absoluta es la resistencia que pone un fluido a su deformación.

[pic 1]

El diagrama o perfil de velocidades, es tal que, en relación a la misma separación dy, las variaciones de velocidad entre dos capas próximas al contorno deslizan más, es decir . A esta derivada le llamamos gradiente de velocidad que es la máxima en la pared y nula a partir de la distancia del contorno. [pic 2]

Para calcular la viscosidad se utiliza una herramienta llamada viscosímetro, hay diferentes tipos de viscosímetros, de rotación, de vibración, viscosímetro Stabinger, Saybolt y Stormer. El viscosímetro de Saybolt consiste esencialmente de un tubo cilíndrico de bronce en cuyo fondo está un orificio de dimensiones específicas. El tubo de bronce es rodeado por un baño a temperatura constante. Cuando la muestra del tubo alcanza la temperatura de la prueba, se mide el tiempo requerido para 60 ml del líquido pasen a través del orificio.

[pic 3]

El viscosímetro de Stormer consiste en un cilindro que puede girar en el interior de un recipiente de la misma forma, mediante un sistema de pesos y poleas de muy baja fricción, se ejerce una torca constante sobre el cilindro interior y esta lo hace girar a una velocidad angular constante y así puede ser medida la viscosidad.

[pic 4]

Material y equipo:

o - Viscosímetro de Stormer

o - Viscosiḿ etro Electrónico Myr con juego de agujas (husillos)

o - Probetas graduadas de plaśtico (capacidad de 1 L) (2)

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