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• Sintia Yuli Ponce Aguirre

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“Año del Centenario de Machu Picchu para el Mundo”

VISCOSIDAD CÁTEDRA

: OPERACIONES UNITARIAS II

CATEDRÁTICO: ING. ASTUHUAMÁNPARDAVÉ, Gustavo Glicerio.

ALUMNA

SEMESTRE

: PONCE AGUIRRE, Sintia Yuli

:

V HUANCAYO –PERÚ -2011-

LA VISCOCIDAD La viscosidad es una característica de los fluidos en movimiento que muestra una tendencia de oposición hacia su flujo ante la aplicación de una fuerza. Cuanta más resistencia oponen los líquidos a fluir, más viscosidad poseen. Los líquidos, a diferencia de los sólidos se caracterizan por fluir, lo que significa que al ser sometidos a una fuerza, sus moléculas se desplazan, tanto más rápidamente como sea el tamaño de sus moléculas. Si son más grandes, lo harán más lentamente. En los líquidos a mayor temperatura la viscosidad disminuye mientras que en los gases sucede todo lo contrario lo contrario. Los materiales viscosos tienen la característica de ser pegajosos, como los aceites o la miel. Si se vuelcan, no se derraman fácilmente, sino que se pegotean. Lo contrario ocurre con el agua, que tiene poca viscosidad. La sangre también posee poca viscosidad, pero más que el agua. La viscosidad es medida con un viscosímetro que muestra la fuerza con la cual una capa de fluido al moverse arrastra las capas contiguas. Los fluidos más viscosos se desplazan con mayor lentitud. El calor hace disminuir la viscosidad de un fluido, lo que lo hace desplazarse con más rapidez. Cuanto más viscoso sea el fluido más resistencia opondrá a su deformación. Los fluidos no viscosos se denominan ideales, pues todos los flujos algo de viscosidad tienen. Los fluidos con menor viscosidad (casi ideal) son los gases. Ejemplo: Coger un bloque sólido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial (por ejemplo: una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja en dirección paralela a la mesa.) En este caso (a), el material sólido opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se deforma (b), tanto más cuanto menor sea su rigidez. Si imaginamos que la goma de borrar está formada por delgadas capas unas sobre otras, el resultado de la deformación es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).

Deformación de un sólido por la aplicación de una fuerza tangencial.

TIPOS DE VISCOSIDAD 1.- VISCOSIDAD DINÁMICA O ABSOLUTA “μ” La viscosidad absoluta es una propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. La Viscosidad Absoluta suele denotarse a través de la letra griega μ. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.

Donde: μ : es la viscosidad dinámica (Pa·s), τ : es el esfuerzo cortante o de cizalla (Pa). γ : velocidad de deformación (s-1)

Sea un cuerpo en forma de paralepípeda de base S y de altura h.

. Esfuerzo de cizalla

Cuando la fuerza F que actúa sobre el cuerpo es paralela a una de las caras mientras que la otra cara permanece fija, se presenta un tipo de deformación denominada de cizallamiento, en el que no hay cambio de volumen pero si de forma. Si originalmente la sección transversal del cuerpo tiene forma rectangular, bajo un esfuerzo cortante se convierte en un paralelogramo. Definimos el esfuerzo (τ) como F/S la razón entre la fuerza tangencial y el área S de la cara sobre la que se aplica. La deformación por cizalla, se define como el cociente Δx/h donde Δx es la distancia horizontal que se desplaza la cara sobre la que se aplica la fuerza y h, la altura del cuerpo. Al esfuerzo de cizalla

(τ) se le suele llamar: Tensión tangencial, Tensión de

cizalla, Tensión de corte, Fuerza superficial, Shear Stress (en inglés). Es uno de los parámetros más importantes y fundamental para el cálculo de la viscosidad en el reómetro.

Esfuerzo de cizalla La velocidad de cizalla nos aporta la velocidad de variación de la deformación, también se llama velocidad de deformación y la definimos matemáticamente de la siguiente forma:

Velocidad de deformación

Unidades de la viscosidad dinámica (SI)

N*S/m2 ,

Pa*s kg/m*s

(Ingles)

lb*S/pies2 ,

slug/pies*s

(cgs)

poise= dina *S/cm2 = g/cm*s = 0,1 Pa*s

kg/m*s

2.- VISCOSIDAD CINEMÁTICA “ν “ La Viscosidad Cinemática es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido.

Donde: μ : es la viscosidad dinámica (Pa·s) g: el peso específico del líquido ( g = r × g ). ρ : densidad del fluido La unidad de medida de la viscosidad cinemática es: m2/s Ejemplo: Dos fluidos distintos con igual viscosidad absoluta, los cuales se harán fluir verticalmente a través de un orificio. Aquél de los fluidos que tenga mayor densidad fluirá más rápido, es decir, aquél que tenga menor viscosidad cinemática. Unidades de la viscosidad cinemática (SI)

m2 /s

(Ingles)

pies2 /s

(cgs)

stoke = 100centistoke = 1x10-6 m2 /s

3.- VISCOCICDAD APARENTE“ η ” Es el cociente entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación para fluidos de comportamiento no lineal. Este término es el que se utiliza al hablar de “viscosidad” para fluidos no newtonianos.

Curva de fluidez para representar la viscosidad dinámica y aparente. 4.- VISCOCICDAD EXTENSIONAL “μe” Se define como la viscosidad que presenta un fluido no newtoniano cuando se aplica un esfuerzo de tracción sobre él. Presenta la relación entre el esfuerzo y la velocidad de deformación en el eje que se produzca (axial ó biaxial).

Prueba de flujo extensional biaxial con velocidad constante del plato y deformación controlada

Extensión lineal de una barra rectangular

La relación entre la viscosidad dinámica y la extensional se denomina número de Trouton y para los fluidos Newtonianos tiene un valor de 3.

VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA VISCOSIDAD

Las

variables más importantes que afectan a la viscosidad son: a)Temperatura c)Presión a) VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA.

Líquidos La viscosidad disminuye muy rápidamente a medida que se incrementa la temperatura. La ecuación de Arrhenius

Donde: μ: la viscosidad dinámica (Pa·s), T, es la temperatura absoluta (K) y A y B son constantes dependientes del líquido Como se deduce de la ecuación, la viscosidad disminuye con la temperatura. Esto es debido al hecho de que, conforme aumenta la temperatura, las fuerzas viscosas son superadas por la energía cinética, dando lugar a una disminución de la viscosidad, efecto que ha de tenerse en cuenta para una determinación rigurosa de la misma. En la medición, la temperatura debe permanecer prácticamente constante.

La ecuación de Poiseuille (1840)

Donde: μ0: la viscosidad dinámica a 0 º C T: la temperatura (ºC) αyβ: coeficientes constantes

Gases En cuanto a los gases, cuanto mayor es la temperatura, mayor es la agitación y los choques de las moléculas del gas, oponiéndose al movimiento (mayor fricción) y produciendo un aumento de la viscosidad del gas.

b) VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA PRESIÓN La

viscosidad

en

líquidos aumenta

exponencialmente

con la

presión.

Excepcionalmente, para el agua a temperaturas menores de 30º C la viscosidad disminuye. Los cambios de viscosidad con la presión son bastante pequeños para presiones

distintas

de

la

atmosférica.

Existe una ecuación que permite tener en cuenta ambas variables (temperatura y presión), se denomina ecuación de Barus.

En esta expresión; Μ0, es la viscosidad a T0 y a presión atmosférica.

ÍNDICE DE VISCOSIDAD (I.V.) Una medida de qué tanto cambia la viscosidad de un fluido con la temperatura está dada por su índice de viscosidad ( IV). Éste es especialmente importante en los aceites lubricantes y en los fluidos hidráulicos que se utilizan en equipos que deben operar en condiciones extremas de temperatura. Para poder valorar estos cambios se define el índice de viscosidad(I.V.) que ofrece una medida de la variación de la viscosidad del fluido con la temperatura.

I.V.ALTOS: Fluidos que muestran un cambio pequeño de viscosidad respecto a la temperatura.

I.V.BAJOS: Fluidos que muestran un cambio grande de viscosidad respecto a la temperatura.

MEDIDAS DE LA VISCOSIDAD 1 poise = 1 dina. s/cm2 = 0,01019 Kg. s/m2 1 stoke = 1 dina /1 poise= 1 cm2 /s2 = 0.0001 m2/s Submúltiplo es el centistoke (sSt), que equivale a la viscosidad del agua a 20°C (exactamente 1,0038 cSt) Equivalencias entre las diferentes unidades CentiPoises (cp) = CentiStokes (cSt) × Densidad SSU1 = Centistokes (cSt) × 4.55 Grados Engler1 × 7.45 = Centistokes (cSt) Segundos Redwood1 × 0.2469 = Centistokes (cSt) Paso de stokes (St) a grados Engler (°E) St = 0,084 E - 0,08/E

Viscosidad para líquidos en centipoises a 21° C Agua 0,018 Octano 0,540 Petróleo 0,550 Aceite de oliva 1,00 Alcohol 1,20 Trementina 1,45 Mercurio 1,50 Parafina 2

VISCOSIDAD Gráfico para la reconversión de unidades de viscosidad en centistokes (cSt).

VISCOSIDAD DINAMICA

1 Poise (Pi) = 0,0102 kg/s.m2 = 36,72 Kg/h.m2 VISCOSIDAD CINEMATICA 1 m2/s = 104 stokes (st) Otras unidades: Saybolt (S) - utilizado en U.S.A. (E), en grados Centígrados (R) y (S), en grados Fahrenheit

La viscosidad cinemática de un fluido es su viscosidad dinámica dividida por su densidad, ambos medidos a la misma temperatura, y expresada en unidades consistentes. Las unidades más comunes que se utilizan para expresar la viscosidad cinemática son: stokes (St) o centistokes (cSt, donde 1 cSt = 0,01 St), o en unidades del SI como milímetros cuadrados por segundo (mm 2/s, donde 1 mm2/s = 1 cSt). La viscosidad dinámica en centipoise se puede convertir en viscosidad cinemática en centistokes dividiéndola por la densidad del fluido en gramos por centímetro cúbico (g/cm3) a la misma temperatura. La viscosidad cinemática en milímetros cuadrados por segundo se puede convertir en viscosidad dinámica en pascalsegundos multiplicando por la densidad en gramos por centímetro cúbico y dividiendo el resultado por 1000. Resumiendo:

BIBLIGRAFÍA MOTT- MECAN/CA DE FLUIDOS APLICADA. 40. Ed. http://www.lubricar.net/teoria.htm http://es.scribd.com/doc/56451086/8/Tipos-de-viscosidad http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad