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• ANGELO BAUTISTA

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FLUIDOS NEWTONIANOS

1.-INTRODUCCION: El estudio de la deformación y las características del flujo de las sustancias se denomina reologia (campo que estudia la viscosidad de los fluidos). Es importante saber si un fluido se newtoniano o no newtoniano. El hecho de que en cada punto de un fluido en movimiento exista un esfuerzo cortante y un gradiente de velocidad, sugiere que estas magnitudes pueden relacionarse. La Reología es la rama de la ciencia que estudia esta dependencia. Los fluidos se pueden clasificar atendiendo a la relación que existe entre el esfuerzo cortante y la rapidez de deformación resultante. Aquellos fluidos donde el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la rapidez de deformación se denominan fluidos newtonianos.

2.-OBJETIVOS:

2.1-OBJETIVO GENERAL: 

Describir a un fluido Newtoniano.

2.2.-OBJETIVOS ESPECIFICOS:     

Definir la viscosidad dinámica. Indicar las características del fluido Newtoniano. Relación de viscosidad y temperatura. Mencionar ejemplos de fluido Newtonianos. Mencionar algunos alimentos fluidos de comportamiento newtoniano.

3.-MARCO TEORICO. 3.1.-VISCOSIDAD DINAMICA: Conforme un fluido se mueve, dentro de él se desarrolla un esfuerzo cortante, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. Se define al esfuerzo cortante, denotado con la letra griega

(tau), como la fuerza que se

requiere para que una unidad de área de una sustancia se deslice sobre otra. Entonces,

es una fuerza dividida entre un área, y se mide en las unidades de N/m2 (Pa) o

lb/pie2. En fluidos como el agua, el alcohol u otros líquidos comunes, la magnitud del esfuerzo cortante es directamente proporcional al cambio de velocidad entre las posiciones diferentes del fluido. La figura 1 ilustra el concepto de cambio de velocidad en un fluido con el esquema de una capa delgada de fluido entre dos superficies, una de las cuales es estacionaria, en tanto que la otra está en movimiento. La parte del fluido en contacto con la superficie inferior tiene una velocidad igual a cero, y aquella en contacto con la superficie tiene una velocidad v. Si la distancia entre las dos superficies es pequeña entonces la tasa de cambio de la velocidad con posición y es lineal. Es decir, varía en forma lineal. El gradiente de velocidad es una medida del cambio de velocidad, y se define como Δv/Δy. También se le denomina tasa cortante

Fig. 1 Gradiente de velocidad de un fluido en movimiento

El hecho de que el esfuerzo cortante en el fluido sea directamente proporcional al gradiente de velocidad se enuncia en forma matemática así:

(1)

Donde a la constante de proporcionalidad

(letra eta, en griego) se le denomina viscosidad

dinámica del fluido. En ocasiones se emplea el término viscosidad absoluta. Asi en el sistema SI, En el sistema cgs

se expresa en N.s/m2 Pa.s

poise = dina·s/cm2 Centipoise = poise/100

3.2.-FLUIDOS NEWTONIANOS: A cualquier fluido que se comporte de acuerdo con la ecuación (1) se le llama fluido newtoniano, la viscosidad

solo es función de la condición del fluido, en particular de su

temperatura. La magnitud del gradiente de velocidad no tiene ningún efecto sobre la magnitud

A los

fluidos más comunes como el agua, aceite, gasolina, alcohol, keroseno y glicerina, se les clasifica como newtonianos.

Fig 2 Fluidos Newtonianos Observe que la pendiente de la curva del esfuerzo cortante versus el gradiente de velocidad es una medida de la viscosidad aparente del fluido. Entre más pronunciada es la pendiente mayor es la velocidad aparente. Debido a que los fluidos newtonianos tienen una relación lineal entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad, la pendiente es constante y por tanto la viscosidad es constante también. Es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo cortante o cizalla contra su tasa de deformación es lineal. Fue denominado por Isaac Newton desde que lo describiera como flujo viscoso. En este tipo de fluido la viscosidad puede considerarse constante en el tiempo y sólo depende de la temperatura. El coeficiente de proporcionalidad η se conoce como viscosidad dinámica. La viscosidad cinemática es

υ=

3.3.-CARACTERÍSTICAS

El fluido newtoniano carece de propiedades elásticas, es incompresible, isotrópico e irreal; aunque muchos fluidos reales ofrecen un comportamiento similar al newtoniano dentro de un rango de gradientes. Cumplen con la ley de Newton de la viscosidad, por lo tanto, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación es lineal. 3,4.-VISCOSIDAD Y TEMPERATURA Para un fluido newtoniano, la viscosidad sólo depende de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura disminuye su viscosidad. Esto quiere decir que la viscosidad es inversamente proporcional al aumento de la temperatura. La ecuación de Arrhenius predice de manera aproximada su viscosidad.

La viscosidad de un fluido newtoniano no depende del tiempo de aplicación del esfuerzo, aunque sí puede depender tanto de la temperatura como de la presión a la que se encuentre.

3.5.-EJEMPLOS DE FLUIDOS NEWTONIANOS Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura:

        

El aire, El agua, La gasolina, El vino El aceite El alcohol El keroseno El benceno La glicerina.

Fig 3.- Fluidos Newtonianos a diferentes temperaturas

Fig 4. Fluido Newtoniano el aceite, agua y aire

Al mínimo esfuerzo que se hace al fluido este se desplaza. 3.6.-ALIMENTOS FLUIDOS DE COMPORTAMIENTO NEWTONIANO Algunos alimentos fluidos presentan un comportamiento muy cercano al newtoniano, ejemplos de ellos son: mieles, sirope de maíz, sirope de maple, soluciones azucaradas, leche, aceites comestibles ligeros y jugos naturales de fruta.

4.-CONCLUSIONES: Michel Molina Bautista



Entonces un fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valor de viscosidad, a una presión y temperatura dadas, es único, independiente de la velocidad de cizalla y del tiempo de aplicación de la misma.

5.-BIBLIOGRAFIA: 

Mecánica de fluidos - Robert L. Mott- 6º edición- Viscosidad de los fluidos – pp 27-31



FRANK KREITH (1999) “Fluid Mechanics – pp 23



IRVING H. SHAMES (1995) “Mecánica de Fluidos” Tercera Edición – pp 25-26



J. HERNÁNDEZ A. (Abril 2002) “Introducción a la Mecánica de Fluidos” Primera Edición; Lima-Perú pp 45-46

6.-PREGUNTAS: 6.1.-MENCIONES LAS CARACTERISTICAS DEL FLUIDO NEWTONIANO. 6.2.-EN UN FLUIDO NEWTONIANO LA VISCOSIDAD PERMANECE CONSTANTE PARA TODAS LAS VELOCIDADES DE CIZALLAMIENTO, ¿QUE OTROS PARAMETROS TAMBIEN DEBEN PERMANEXER CONSTANTE?