fluidos newtoneanos y no newtoneanos

Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construccin

HIDROMECNICA

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HIDROMECNICA

CONSULTA No 1

FLUDOS NEWTONEANOS Y NO NEWTONEANOS

CAPT. XAVIER ORDEZ

INGENIERA CIVIL

2014


HIDROMECNICA

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INDICE DE CONTENIDO

CONSULTA No 1 ___________________________________________________________ 3

1. TEMA _________________________________________________________________ 3

2. OBJETIVOS ____________________________________________________________ 3

2.1 Generales ___________________________________________________________ 3

3. FLUDOS NEWTONEANOS ______________________________________________ 3

3.1 Ecuacin constitutiva __________________________________________________ 4

4. FLUIDOS NO NEWTONIANOS. ___________________________________________ 5

4.1 Gases ______________________________________________________________ 7

4.2 Lquidos ____________________________________________________________ 7

4.3 Viscosidades _________________________________________________________ 8

5. BIBLIOGRAFA _________________________________________________________ 9


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CONSULTA No 1

1. TEMA FLUDOS NEWTONEANOS Y FLUDOS NO NEWTONEANOS

2. OBJETIVOS

2.1 Generales Conocer las principales caractersticas de los fludos newtoneanos y no newtoneanos, con el fin de aplicarlos en el aprendizaje de la materia de Hidromecnica.

3. FLUDOS NEWTONEANOS

Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. Los fluidos newtonianos son uno de los fluidos ms sencillos de describir. La curva que muestra la relacin entre el esfuerzo o cizalla contra su velocidad de deformacin es lineal. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposicin al pegamento, la miel o los geles y sangre que son ejemplos de fluido no newtoniano. Un buen nmero de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presin y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.

Figura No 1 Fludos Newtoneanos


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La distincin entre fluidos newtonianos y fluidos no-newtonianos se basa en la diferente relacin que existe en unos y otros entre la aplicacin de un esfuerzo tangencial y la velocidad con que se deforman. Un fluido Newtoniano, tambin llamado fluido verdadero es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es proporcional directamente al esfuerzo aplicado. Dicho de otra forma: si se aplica un esfuerzo tangencial a un fluido newtoniano, este se pondr en movimiento sin importar cun pequeo sea el esfuerzo tangencial y se generar una cierta distribucin de velocidad en el fluido. Ese esfuerzo tangencial y el gradiente de velocidad que se produce sern directamente proporcionales, a la constante de proporcionalidad se la define como viscosidad.

3.1 Ecuacin constitutiva

Matemticamente, el rozamiento en un flujo unidimensional de un fluido newtoniano se puede representar por la relacin:

Donde:

es la tensin tangencial ejercida en un punto del fluido o sobre una superficie slida en contacto con el mismo, tiene unidades de tensin o presin ([Pa]).

es la viscosidad del fluido, y para un fluido newtoniano depende slo de la temperatura, puede medirse en [Pas] o [kps/cm2].

es el gradiente de velocidad perpendicular a la direccin al plano en el que estamos calculando la tensin tangencial, [s1]. La ecuacin constitutiva que relaciona el tensor tensin, el gradiente de velocidad y la presin en un fluido newtoniano es simplemente: Si el fluido de la figura anterior es newtoniano entonces:

yx = du/dy Si consideramos la deformacin de dos fluidos newtonianos diferentes, digamos glicerina y agua podemos darnos cuenta de que se deformarn a diferentes proporciones ante la accin del mismo esfuerzo de corte aplicado.


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La glicerina presenta una resistencia mucho mayor a la deformacin que el agua y por ello podemos decir que es mucho ms viscosa. La constante de proporcionalidad de la ecuacin es la viscosidad absoluta (dinmica), As, en trminos de las coordenadas de la figura, la ley de viscosidad de Newton est dada para un flujo unidimensional por:

yx = (du/dy) Las dimensiones de la viscosidad dinmica son [Ft/L2] o en forma equivalente [M/Lt]. En el sistema mtrico, la unidad bsica de viscosidad se denomina poise (poise = g/cm*s).

4. FLUIDOS NO NEWTONIANOS. Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relacin de deformacin son no newtonianos. Estrictamente hablando la definicin de un fluido es vlida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformacin cero. Por lo comn, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo.

Figura No 2 Fludos No Newtoneanos

Un gran nmero de ecuaciones empricas se han propuesto para modelar

tiempo. Pueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniera mediante un modelo de la ley de potencia, el cual se convierte para un flujo unidimensional en


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donde el exponente n se llama ndice de comportamiento del flujo y k el ndice de consistencia. Esta ecuacin se reduce a la ley de viscosidad de newton para n = 1 y Los fluidos en los cuales la viscosidad aparente disminuye con el aumento de la relacin de deformacin (n < 1) se llaman seudoplsticos. Es decir con un incremento en la tasa de corte el liquido se adelgaza. Casi todos los fluidos no newtonianos entran en este grupo; los ejemplos incluyen soluciones polimricas, suspensiones coloidales y pulpa de papel en agua. Si la viscosidad aparente aumenta con el incremento de la relacin de deformacin (n > 1) el fluido se nombra dilatante; aqu el fluido se engruesa con un aumento en la tasa de corte. Adems, existen los llamados materiales lineales de Bingham, donde se presenta un desplazamiento finito para un esfuerzo cortante menor que un

correspondiente es:

El estudio de fluidos no newtonianos es an ms complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. Los fluidos tixotrpicos como tintas de impresor, tiene una viscosidad que depende de la deformacin angular inmediatamente anterior de la sustancia y tiende a solidificarse cuando se encuentra en reposo, estos fluidos muestran una reduccin de n con el tiempo ante la aplicacin de un esfuerzo de corte constante. Los fluidos reopcticos muestran un aumento de n con el tiempo. Despus de la deformacin, algunos regresan parcialmente a su forma original cuando se libera el esfuerzo aplicado. A tales fluidos se les llama viscoelsticos. esfuerzo cortante

du/dy

Al modelo de Bingham, que representa aceptablemente bien a las pinturas, barnices y algunos productos alimenticios, corresponde, en el supuesto de flujo dentro de una tubera el desarrollo de un perfil de velocidad "normal" en cercanas de las paredes, donde el esfuerzo cortante es mayor y un perfil


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completamente plano en cercana del eje de la tubera donde el esfuerzo cortante se encontrara por debajo de un valor crtico. El modelo pseudoplstico que representa adecuadamente el comportamiento de algunas suspensiones como pulpa de papel, napalm en kerosene, etc. corresponde el desarrollo de un perfil de velocidad aplanado en el centro, semejante a la representacin de los perfiles turbulentos. El modelo dilatante que represente el comportamiento de algunas pastas corresponde al desarrollo de un perfil de velocidad cnico. Efecto de la temperatura en la viscosidad 4.1 Gases

Todas las molculas de un gas estn en un continuo movimiento aleatorio. Cuando hay un movimiento en bloque debido a un flujo, dicho movimiento se superpone a los movimientos aleatorios y luego se distribuye por todos el fluido mediante colisiones moleculares. Los anlisis basados en la teora cintica predicen:

m aT1/2 (11) La prediccin de la teora cintica concuerda perfectamente con las tendencias experimentales, aunque debe determinarse la constante de proporcionalidad y uno o ms factores de correccin; esto limita la aplicacin prctica de esta sencilla ecuacin. Si se dispone de dos o ms puntos experimentales, los datos deben correlacionarse mediante la correlacin emprica de Sutherland

m = bT1/2 / (1 + S/T) (12) Las constantes b y S pueden determinarse simple escribiendo m = bT3/2 / (S + T) (13) o T3/2 / m = T/b + S/b (14)

4.2 Lquidos No es posible estimar teoricamente las viscosidades para lquidos con exactitud. El fenmeno de la transferencia de momento por medio de colisiones moleculares parece oscurecerse en lquidos por efecto de los campos de fuerza que interactan entre las moleculas lquidas apiadas y muy cercanas unas a otras.


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Las viscosidades de lquidos son afectadas drsticamente por la temperatura. Esta dependencia de la temperatura absoluta se representa bien mediante la ecuacin emprica:

m = Aexp(B/T) (15)

En resumen: en gases el aumento de temperatura provoca un aumento en la viscosidad mientras que en los lquidos un aumento de la temperatura disminuye la viscosidad. Efectos de la presin en la viscosidad a) Gases La viscosidad de los gases es esencialmente independiente de la presin entre unos cuantos centsimos de una atmsfera y unas cuantas atmsferas. Sin embargo, la viscosidad a altas presiones aumenta con la presin (o densidad)

4.3 Viscosidades Las viscosidades de la mayora de los lquidos no son afectadas por presiones moderadas pero se han encontrado grandes incrementos a presiones sumamente elevadas. Por ejemplo la viscosidad del agua a 10.000 atm es el doble que a 1 atm. Compuestos de mayor complejidad muestran un aumento en la viscosidad de varios rdenes de magnitud sobre el mismo intervalo de temperatura El flujo de un fluido alrededor de una esfera ha sido estudiado por stokes para valores del nmero de reynolds UD/n menores que uno. La solucin de este problema es de gran utilidad en la resolucin de problemas tales como los de sedimentos de partculas de polvo. Stokes encontr que el empuje (fuerza ejercida sobre la esfera por el flujo de un fluido alrededor de ella) vale resistencia = 6pamU (1) Siendo a el radio de la esfera y U la velocidad de la esfera relativa la fluido situado a gran distancia. Para encontar la velocidad final de la esfera que cae en un fluido en reposo, debe tenerse en cuenta que la fuerza de empuje hidrosttico ms la fuerza de arrastre o resistencia debe ser igual al peso, es decir 4/3 pa3 g + 6pamU = 4/3 p a3 gs (2) siendo g el peso especfico del lquido y gs el de la esfera. Despejando U se encuentra la velocidad final de cada de la esfera: U = 2/9 a2/m (gs - g) (3)


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5. BIBLIOGRAFA www.ingenieriaenred.com http://www.archivos.ujat.mx/bolsa_trabajo/perfil_egreso/DAIA.PDF

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido_newtoniano

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3044/Capitulo5.pdf

http://www.slideshare.net/JORVI27/search_my_uploads?type=&q=fluido+newtoneano

fluidos newtoneanos y no newtoneanos

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