UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DEL ESTADO DE GUERERO

INGENIERÍA EN ENERGÍA

MECÁNICA DE FLUIDOS CON LABORATORIO

RESUMEN DE FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS

PROFESORA: DR. MÓNICA ARELY LUCIO GARCÍA

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

JOSÉ LUIS ALEMÁN RAMIRÉZMA. DE LOS ANGELES GONZÁLEZ RIVERABELESA JUARÉZ BRITOSOLEYDA TORRES ARELLANO

GRUPO: E-3302 FECHA DE ENTREGA: 11/07/ 2012

LA VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.

Facilidad con la que se derrama un líquido.Propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo rede sus partículas.

Las capas del fluido próximas al sólido tienen velocidades más lentas que las alejadas debido a los procesos disipativos. Parte de la energía cinética se transforma en calor.

La viscosidad es característica de todos los fluidos, tanto líquidos, como gases, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales.

• En líquidos: La viscosidad es debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Fuerte dependencia directa con la temperatura.

• En gases: La viscosidad es debida al intercambio de momento lineal surgidos de los choques moleculares. Para los gases la viscosidad absoluta suele ser más pequeña que para los líquidos.

Ley de Newton de la viscosidad.

La Ley de la viscosidad de Newton vista con anterioridad, establece que en movimientos fluidos laminares existe una relación lineal entre las tensiones tangenciales y los gradientes de velocidad, siendo la constante de proporcionalidad una propiedad física del fluido llamada viscosidad dinámica o absoluta :

Se consideran dos placas paralelas de gran tamaño, separadas por una pequeña distancia (t) y con el espacio entre ellas lleno de un fluido. Se supone que la placa superior se mueve a una velocidad constante (U) al actuar sobre ella una fuerza (F), también constante.

FIG.2.

El fluido en contacto con la placa móvil se adhiere a ella moviéndose a la misma velocidad (U) mientras que el fluido en contacto con la placa fija permanecerá en reposo.

Si la separación t y la velocidad U no son muy grandes, la variación de las velocidades (gradiente) vendrá dada por una línea recta. La experiencia ha demostrado que la fuerza F varia con el área de la placa A, con la velocidad U e inversamente con la separación t.

Ecuación de la Ley de Viscosidad de Fluidos

O más exactamente

Donde

El término du/dy se conoce como “gradiente de velocidad o gradiente de deformación angular”

Al introducir la constante de proporcionalidad , llamada viscosidad absoluta o dinámica, se tendrá que

:

Exclusiva para flujos laminares.

Viscosidad dinámica

Conforme un fluido se mueve, dentro de el se desarrolla un esfuerzo cortante, cuyá magnitud depende de la viscosidad del fluido.se define al esfuerzo cortante, denotado con la letra griega t (tau), como la fuerza que se requiere para que una unidad 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 de los fluidos.

Unidades de viscosidad dinámica

Donde ala constante (letra eta, en griego) se le denomina viscosidad dinámica del fluido. En algunos casos se le denomina viscosidad absoluta. La definición de

viscosidad dinámica se obtiene al despejar a la ecuación es:

Viscosidad cinemática

Es el cociente entre la viscosidad dinámica del líquido y su densidad, medidas ambas a la misma temperatura y presión.

Unidades de viscosidad cinemática

Podemos derivar las unidades SI para la viscosidad cinemática al sustituir las unidades

desarrolladas previamente para

LOS FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS.

Estudio de la deformación y las características del flujo de las sustancias se denomina reología (campo que estudia la viscosidad de los fluidos).

CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS

Fluido newtoniano: es todo fluido que se comporta según la ley de newton de la viscosidad. Es decir que la viscosidad es función de la condición del fluido.

Fluido no newtoniano: no se comportan de acuerdo con la ley de newton de la viscosidad.la viscosidad del fluido no newtoniano depende del gradiente de velocidad, además de la condición del fluido.

Fluidos newtonianos

La ley de newton establece que en movimientos fluidos laminares existe una relación lineal entre las tensiones tangenciales y los gradientes de velocidad, siendo la constante la proporcionalidad una propiedad física del fluido llamada viscosidad dinámica o absoluta.

Aquellos fluidos que verifican la ecuación de la ley de la viscosidad de Newton, se denominan fluidos newtonianos, y muchos fluidos comunes tanto líquidos como gaseosos se comportan siguiendo esa relación.la misma también puede expresarse de otro modo analizando la deformación en el entorno de un punto. Por simplicidad, pero sin pérdida de generalidad, considerese un movimiento unidimensional donde la componente U según el eje x de la velocidad V sea una función solamente de la coordenada Y, qué dicha componente varié linealmente con Y de tal manera que du dy > 0.

Ejemplos de fluidos newtonianos:

Fig.2.

Observe que el figura que la pendiente de la curva de esfuerzo cortante versus el gradiente de velocidad es una medida de velocidad aparente. Entre más pronunciada es la pendiente, mayor es la viscosidad 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. La pendiente de las curvas para los fluidos no newtonianos

Agua Aceite GasolinaAlcohol

QuerosenoBenceno Glicerina

LOS FLUIDOS NO NEWTONIANOS

varia..En la figura (b) se aprecia como cambia la viscosidad con el gradiente de velocidad.

Los fluidos no newtonianos es aquel fluido cuya viscosidad varia con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.

Hay fluidos para los que la relación entre el esfuerzo de cizalla y el gradiente de velocidad no es tan simple como la que hemos dado en el apartado anterior. El segundo grupo son los que el esfuerzo ya no es proporcional al gradiente de velocidades y se denominan fluidos no-newtonianos.

Para los fluidos no-newtonianos tenemos que definir la viscosidad aparente como el cociente entre el esfuerzo y el gradiente de velocidades.

Gráficamente:

Fig.3.

Cálculo de la viscosidad aparente.

¿Qué fluido se comportan como no-newtonianos?

En general tienen un comportamiento no- newtoniano aquellos fluidos que son mezclas complejas, por ejemplo disoluciones de polímeros o geles. La mayor parte de fluidos no-newtonianos tienen componentes de diferentes tamaños. la pasta de dientes , por ejemplo consiste en partículas solidas en suspensión en una disolución acuosa de diferentes polímeros.

De acuerdo a la expresión anterior podemos hacer la clasificación de fluidos viscosos.

CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS NO NEWTONIANOS

Independientes del tiempo y dependientes del tiempo. Como su nombre lo indica, los fluidos independientes del tiempo tienen una viscosidad, a cualquier tensión de corte, que no varía con el tiempo.

Fluidos no-newtonianos independientes del tiempo: En los que la relación anterior es más compleja y que puede expresarse como:

Fluidos no-newtonianos dependientes del tiempo: En los que la relación anterior es más compleja y que puede expresarse como:

Se pueden definir tres tipos de fluidos independientes del tiempo.

Plástico real:

Son sustancias que no fluyen hasta la tensión de fluencia τ0, y luego presentan una zona de viscosidad variable que disminuye con el incremento de la velocidad de deformación hasta alcanzar un valor asintótico constante μoo.

Seudoplasticos:

La grafica de la tensión de corte contra el gradiente de velocidad se encuentra por encima de la línea recta, de pendiente constante, correspondiente a los fluidos no newtonianos, como se muestra en dicha figura.

FIG.4.

La curva abruptamente, lo que indica una alta viscosidad aparente. Luego la pendiente disminuye al aumentar el gradiente de velocidad. Algunos ejemplos de este tipo de fluidos son el plasma sanguíneo, el polietileno fundido y las suspensiones acuosas de la arcilla.

Fluidos dilatadores:

La grafica de la tensión de corte contra el gradiente de velocidad se encuentra por debajo de la línea recta correspondiente a los fluidos newtonianos. La curva empieza con una pendiente baja , lo que indica una baja viscosidad aparente. Luego la pendiente aumenta al aumentar el gradiente de velocidad. Algunos ejemplos de fluidos dilatadores son la fécula de maíz en etilenglicol, el almidón en agua y el dióxido de titanio.

Fluidos de Bingham:

En ocasiones conocidos como fluidos de tapón de flujo, estos requieren el desarrollo de un nivel significativo de tensión de corte antes de que empiece el flujo, como se ilustra en la figura anterior. Cuando empieza el flujo, se tiene una pendiente de la curva esencialmente lineal, lo cual indica una viscosidad aparente constante. Algunos ejemplos de fluidos de Bingham son el chocolate, la cátsup, la mostaza, la mayonesa, la pasta dental, la pintura, el asfalto, algunas grasas y las suspensiones acuosas de ceniza de carbón o de sedimentos de aguas residuales.

Los fluidos dependientes del tiempo son muy difíciles de analizar, debido a que su viscosidad aparente varia con el tiempo así como con el gradiente de velocidad y la temperatura.

La relación que sigue los plásticos de Bingham es:

FIG.5.

Esfuerzo en función de gradiente de velocidad para diferentes sustancias:

FIG.6.

Ciclo de histéresis

En un fluido cuya viscosidad depende del tiempo.

Como nos muestra la grafica a dependencia de la viscosidad con el tiempo permite clasificar los fluidos en:

Fluidos independientes del tiempo: Su viscosidad no depende del tiempo.

Fluidos tixotrópicos:

la viscosidad decrece con el tiempo. Un ejemplo de este tipo de fluidos lo tenemos en el Kétchup y otros alimentos que se formulan para que sean tixotrópicos de manera que inicialmente su viscosidad es grande y no fluyen pero cuando se agitan la viscosidad disminuye y fluyen.

Fluidos reopecticos:

la viscosidad aumenta con el tiempo. En este caso un pequeño esfuerzo favorece la formación de estructura. Se conocen muy pocos casos de este tipo de fluidos, en ejemplo lo tenemos en el yeso en suspensión.

FIG.7.

Clasificación de los fluidos según la dependencia de la viscosidad con el tiempo.

Por último hay materiales que exhiben a la vez propiedades intermedias entre un fluido y un sólido. Es decir que tienen a la vez propiedades elásticas y viscosas.Estos materiales, no solo fluyen, sino que además tiende a recuperar su forma inicial cuando el esfuerzo desaparece, reciben el nombre de:

Fluidos Viscoelásticos: Un ejemplo de este tipo de fluidos es la yema de huevo o la masa de pan.

EJEMPLOS Y APLICACIONES.

Algunos geles y coloides se consideran materiales tixotrópicos, pues muestran una forma estable en reposo y se tornan fluidos al ser agitados. Variedades modernas de recubrimientos alcalinos, de látex y pinturas son materiales por lo general tixotrópicos que no caen de la brocha del pintor pero se pueden aplicar

fácil y uniformemente pues el gel se liquidifica cuando se aplica. La salsa de tomate es frecuentemente tixotrópica.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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http://books.google.com.mx/books? id=LbMTKJ4eK4QC&pg=PA30&dq=fluidos+newtonianos+y+no+newtonianos&hl=es&sa=X&ei=20H3T8KfLIP42QXbz8DzBg&ved=0CC4Q6AEwAA#v=onepage&q=fluidos%20newtonianos%20y%20no%20newtonianos&f=false

http://erivera2001.com/files/Introduccion.pdf

R.P. Chhabra & J.F. Richardson (1999) Non-Newtonian Flow in the Process Industries -Fundamentals and Engineering Applications. Ed. Butterworth-Heinemann J.F. Steffi (1992) Rheological methods in food process engineering. Ed. FreemanPress.