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FENOMENO DE TRANSPORTE

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA

TEMA:

VISCOCIDADES DE LOS LIQUIDOS INGENIERO : CURSO

:

TURNO :

1

Fenómeno de Transporte Rodríguez Carlos, Yessica

PERTENECE A:

AÑO

Cusi Palomino

:

V-Ciclo Mañana

FENOMENO DE TRANSPORTE

DEDICATORIA: Este trabajo esta dedicado aquellas personas que están siempre a mi lado, y que siempre me recordaran mis objetivos, con tan solo mirarlos.

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FENOMENO DE TRANSPORTE

INTRODUCCIÓN TEÓRICA Viscosidad de la leche y el agua. Líquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras.

El líquido es uno de los tres estados de agregación de la materia. Un líquido es un fluido cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura y presión constantes y su forma es esférica. Sin embargo, debido a la gravedad ésta queda definida por su contenedor. Un líquido ejerce presión en el contenedor con igual magnitud hacia todos los lados. Si un líquido se encuentra en reposo, la presión que ejerce está dada por:

Donde ρ es la densidad del líquido y z es la distancia del punto debajo de la superficie. Un líquido está formado por moléculas que están en movimiento constante y desordenado, y cada una de ellas chocan miles de millones de veces en un lapso muy pequeño. Pero, las intensas fuerzas de atracción entre cada molécula, o enlaces de hidrogeno llamados dipolo-dipolo, eluden el movimiento libre, además de producir una cercanía menor que en la que existe en un gas entre sus moléculas. Además de esto, los líquidos presentan características que los colocan entre el estado gaseoso completamente caótico y desordenado, y por otra parte al estado sólido de un liquido (congelado) se le llama ordenado. Por lo tanto podemos mencionar los tres estados del agua (liquido universal), sólido, gaseoso y liquido. A los líquidos se les considera incomprensibles debido que dentro de ellos existen fuerzas extremas que entre sus moléculas las cuales se atraen, por otra parte cuando a un liquido se le aplica una presión su volumen no se ve afectado en gran cantidad, ya que sus moléculas tienen poco espacio entre si; por otra parte si aplicamos un cambio de temperatura a un líquido su volumen no sufrirá cambios considerables. Cabe señalar que cuando las moléculas de un líquido están en continuo aumento de movimiento es por causa del aumento de alguna temperatura que esté experimentando el mismo lo cual inclina al liquido a aumentar la distancia de sus

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FENOMENO DE TRANSPORTE moléculas, a pesar de esto las fuerzas de atracción que existen en el líquido se oponen a ese distanciamiento de sus moléculas.

Etimología De la palabra "viscosidad" deriva de la palabra latina "Viscum" para el muérdago. Una materia viscosa que se hizo de las bayas del muérdago y se utilizan para cal-ramas a los pájaros.

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Viscosidad

Algunos líquidos, literalmente fluyen lentamente, mientras que otros fluyen con facilidad, la resistencia a fluir se conoce con el nombre de viscosidad. Los líquidos se caracterizan por una resistencia al flujo llamada viscosidad. La viscosidad es una medida de la resistencia de un líquido que está siendo deformada por cualquiera de esfuerzo cortante o resistencia a la tensión. En cuanto a la vida cotidiana (y sólo para los líquidos), la viscosidad es "grueso". Así, el agua es "fino", con una baja viscosidad, mientras que la miel es "grueso", con una mayor viscosidad. Viscosidad describe la resistencia interna de un líquido a fluir y puede ser pensado como una medida de la fricción de fluidos. Por ejemplo, de alta magma viscosidad va a crear un alto, estratovolcán empinada, ya que no puede fluir mucho antes de que se enfríe, mientras que la lava baja viscosidad crear una amplia y poco profunda-volcán escudo pendiente. Dicho simplemente, el algo menos viscoso, mayor es su facilidad de movimiento (con fluidez). Todos los fluidos reales (excepto los superfluidos) tienen cierta resistencia a la tensión, pero un fluido que no tiene resistencia al esfuerzo cortante se conoce como un ideal fluido o líquido viscoso. El estudio de la viscosidad es conocida como la reología. La viscosidad de un líquido crece al aumentar el número de moles y disminuye al crecer la temperatura. La viscosidad también está relacionada con la complejidad de las moléculas que constituyen el líquido: es baja en los gases inertes licuados y alta en los aceites pesados. Es una propiedad característica de todo fluido (líquidos o gases). La viscosidad es una medida de la resistencia al desplazamiento de un fluido cuando existe una diferencia de presión. Cuando un líquido o un gas fluyen se supone la existencia de una capa estacionaria, de líquido o gas, adherida sobre la superficie del material a través del cual se presenta el flujo. La segunda capa roza con la adherida superficialmente y ésta segunda con una tercera y así sucesivamente. Este roce entre

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FENOMENO DE TRANSPORTE las capas sucesivas es el responsable de la oposición al flujo o sea el responsable de la viscosidad. La viscosidad se mide en poise, siendo un poise la viscosidad de un líquido en el que para deslizar una capa de un centímetro cuadrado de área a la velocidad de 1 cm/s respecto a otra estacionaria situado a 1 cm de distancia fuese necesaria a la fuerza de una dina. La viscosidad suele decrecer en los líquidos al aumentar la temperatura, aunque algunos pocos líquidos presentan un aumento de viscosidad cuando se calientan. Para los gases la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura. La viscosidad de un líquido se determina por medio de un viscosímetro entre los cuales el más utilizado es el de Ostwald,

este se utiliza para determinar viscosidad relativas, es decir, que conociendo la viscosidad de un líquido patrón, generalmente agua, se obtiene la viscosidad del líquido problema a partir de la ecuación: Si existe una mayor viscosidad, el líquido fluye más lentamente. Los líquidos como la maleza y el aceite de los motores son relativamente viscosos; el agua y los líquidos orgánicos como el tetracloruro de carbono no lo son. La viscosidad puede medirse tomando en cuenta el tiempo que transcurre cuando cierta cantidad de un liquido fluye a través de un delgado tubo, bajo la fuerza de la gravedad. En otro método, se utilizan esferas de acero que caen a través de un líquido y se mide la velocidad de caída. Las esferas mas lentamente en los líquidos mas viscosos. Si deseamos determinar las viscosidad con respecto al tiempo, es decir el volumen del líquido que fluye con respecto al tiempo tenemos:

........................ecuación 1 Donde: • • • •

= Velocidad de flujo del liquido a lo largo de un tubo . r = Radio del tubo. L = Longitud (P1 - P2) = Diferencia de presión

A pesar de esto la determinación de las variables L y r es complicado, para esto empleamos un método de comparación entre un liquido de viscosidad desconocida y el agua como un liquido base, pero si consideramos que D P es en proporción a la densidad r tenemos el siguiente análisis. 5

FENOMENO DE TRANSPORTE

.........................ecuación 2 Donde: • •

•

m 1= Viscosidad del liquido desconocido. m 2 = Viscosidad del agua. Tensión superficial

En un líquido, cada molécula se desplaza siempre bajo influencia de sus moléculas vecinas. Una molécula cerca del centro del líquido, experimenta el efecto de que sus vecinas la atraen casi en la misma magnitud en todas direcciones. Sin embargo, una molécula en la superficie del líquido no esta completamente rodeado por otras y, como resultado, solo experimenta la atracción de aquellas moléculas que están por abajo y a los lados. Por lo tanto la tensión superficial actúa en un liquido perpendicular a cualquier línea de 1cm de longitud en la superficie del mismo. Para la tensión superficial tenemos lo siguiente:

Donde: • •

r = Radio del tubo capilar. h = Altura medida desde el nivel del líquido en el tubo de ensaye, hasta el nivel del líquido en el tubo capilar. • g = Aceleración de la gravedad. • q = Angulo de contacto en el liquido con las paredes del tubo capilar. • g = Tensión superficial. Para los líquidos que mojan el vidrio, su ángulo de contacto se supone a 0°, y sacando el (cos 0°) es 1, por lo que la ecuación anterior se reduce a:

Donde: •

D r = Es la diferencia de densidades que existe en el líquido y su vapor.

Viscocidad de los Líquidos

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FENOMENO DE TRANSPORTE

Se muestra a tres líquidos con viscosidades diferentes En los líquidos, las fuerzas adicionales entre las moléculas se vuelven importantes. Esto conduce a una contribución adicional al esfuerzo cortante aunque los mecanismos exactos de esta siguen siendo controversiales. Así, en los líquidos: • •

La viscosidad es independiente de la presión (excepto a muy alta presión), y Viscosidad tiende a disminuir a medida que aumenta la temperatura (por ejemplo, la viscosidad del agua va desde 1,79 a 0,28 cP cp en el rango de temperatura de 0 ° C a 100 ° C); ver dependencia de la temperatura de la viscosidad del líquido para más detalles.

La viscosidad dinámica de los líquidos son normalmente de varios órdenes de magnitud más alta que la viscosidad dinámica de los gases. Viscosidad de mezclas de líquidos La viscosidad de la mezcla de dos o más líquidos puede estimarse utilizando la ecuación de Refutas El cálculo se realiza en tres pasos. El primer paso es calcular el número de fusión Viscosidad (VBN) (también llamado el índice de mezcla de viscosidad) de cada componente de la mezcla: (1) En donde v es la viscosidad cinemática en centistokes (CCT). Es importante que la viscosidad cinemática de cada componente de la mezcla se obtiene la misma temperatura. El siguiente paso es calcular la VBN de la mezcla, utilizando la siguiente ecuación: (2)

Donde x X es la fracción de la masa de cada componente de la mezcla. Una vez que la viscosidad de la mezcla número de una mezcla se ha calculado utilizando la ecuación (2), el paso final es determinar la viscosidad cinemática de la mezcla de la solución de la ecuación (1) para v:

(3)

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FENOMENO DE TRANSPORTE Donde VBN Blend es la viscosidad de la mezcla número de la mezcla.

Medidas de la viscosidad La viscosidad de un fluido puede medirse por un parámetro dependiente de la temperatura llamado coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad: •

Coeficiente de viscosidad dinámico, designado como η o μ. En unidades en el SI: [µ] = [Pa·s] = [kg·m-1·s-1] ; otras unidades:

1 Poise = 1 [P] = 10-1 [Pa·s] = [10-1 kg·s-1·m-1] Ver unidades de viscosidad para tener una idea más exacta del Poise [P]. •

Coeficiente de viscosidad cinemático, designado como ν, y que resulta ser igual al cociente del coeficiente de viscosidad dinámica entre la densidad ν = μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el Stoke(St).

•

Algunas viscosidades dinámicas de fluidos no newtonianos se enumeran a continuación:

Líquidos (a 25 ° C):

viscosidad [Pa · s]

viscosidad [CP = mPa.s]

acetona

3.06e-4

0,306

benceno

6.04e-4

0,604

de sangre (37 ° C)

3E-3 a 4e-3

3-4

de aceite de ricino

0,985

985

de jarabe de maíz

1,3806

1380,6

etanol

1.074e-3

1,074

etilenglicol

1.61e-2

16,1

glicerol

1,49 (a 20 ° C)

1490

OAF-380

2,022

2022

mercurio

1.526e-3

1,526

metanol

5.44e-4

0,544

nitrobenceno

1.863e-3

1,863

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FENOMENO DE TRANSPORTE nitrógeno líquido @ 77 K

1.58e-4

0,158

propanol

1.945e-3

1,945

de aceite de oliva

.081

81

campo

2.3e8

2.3e11

de ácido sulfúrico

2.42e-2

24,2

agua

8.94e-4

0,894 viscosidad

Los líquidos con composición variable

[Pa · s]

viscosidad [CP]

miel

2-10

2,000-10,000

melaza

5-10

5,000-10,000

vidrio fundido

10-1,000

10,000-1,000,000

de jarabe de chocolate

10-25

10,000-25,000

de chocolate fundido *

45-130

45,000-130,000

salsa de tomate *

50-100

50,000-100,000

de mantequilla de maní *

~ 250

~ 250.000

acortamiento *

~ 250

250.000

* Estos materiales son altamente no-newtonianos.

Variación de la viscosidad con la temperatura: LÍQUIDOS • La viscosidad disminuye con la temperatura. Existen varias fórmulas que permiten evaluar la variación de la viscosidad de un líquido al cambiar la temperatura. Las más importantes son: A) La ecuación de Arrhenius B

µ = A·e T

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(Ecuación 2)

FENOMENO DE TRANSPORTE Siendo: µ : Viscosidad dinámica [mPa·s] A y B: constantes dependientes del líquido T: es la temperatura absoluta en ºC Como se ve en 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. Por este hecho se deben extremar las precauciones a la hora de medir la viscosidad, teniendo en cuenta que la temperatura debe permanecer prácticamente constante.

B) La ecuación de Poiseville (1840)

µ=

µ0 1 + αT + βT 2

Donde: µ

0:

la viscosidad dinámica a 0 º C.

T: la temperatura en ºC. α ,β : Coeficientes constantes.

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(Ecuación 3)

FENOMENO DE TRANSPORTE

Variación de la viscosidad con la presión: La viscosidad (en líquidos) aumenta exponencialmente con la presión. El agua a menos de 30 º C es el único caso en que disminuye. Los cambios de viscosidad con la presión son bastante pequeños para presiones distintas de la atmosférica. Para la mayoría de los casos prácticos, el efecto de la presión se ignora a la hora de hacer mediciones con el viscosímetro.

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