Tarea 1.4.2: Ley de viscosidad de newton.

De todas las propiedades de los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración en el estudio del flujo de los fluidos. La viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se la aplica una fuerza externa: El coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente la viscosidad absoluta de un fluido, es una medida de resistencia, al deslizamiento o a sufrir deformaciones internas.

La viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido. Las moléculas de regiones con alta velocidad global chocan con las moléculas que se mueven con una velocidad global menor, y viceversa, estos choques permiten transportar cantidad de movimiento de una región de fluido a otra.

Los fluidos presentan diferentes propiedades que los distinguen, como la viscosidad, densidad, peso específico, volumen específico, presión, etc. Al analizar las distintas propiedades que poseen los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración para el estudio de estos materiales; su naturaleza y características, así como las dimensiones y factores de conversión. A continuación se muestran algunos de los tipos de viscosidad:

Viscosidad absoluta o dinámica

Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de distancia, cuando el espacio que los separa está lleno con un fluido y uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también denominado viscosidad dinámica; coeficiente de viscosidad

La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el pascal segundo (Pa.s) o también newton segundo por metro cuadrado (N.s/m2), o sea kilogramo por metro segundo (kg/ms): Esta unidad se conoce también con el nombre de poiseville(Pl) en Francia, pero debe tenerse en cuenta que no es la misma que el poise (P), esta última es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y tiene dimensiones de dina segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro cuadrado. El submúltiplo el centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad más utilizada para expresar la viscosidad dinámica dado que la mayoría de los fluidos poseen baja viscosidad. La relación entre el pascal segundo y el centipoise es:

1Pa.s = 1 N.s/m2 = 1 kg/ (m.s) = 103 cP1cP = 10-3 Pa.s

Viscosidad cinemática

Es la razón de viscosidad a densidad de masa. En el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS correspondiente es el Stokes (St), con dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el centi-stoke (cSt), 10-2 Stokes, que es el submúltiplo más utilizado.

1m2/s = 106 CST1cSt = 10-6 m2/s

Viscosidad de los aceites

Los aceites presentan notables diferencias en su grado de viscosidad o fluidez, influyendo mucho estas diferencias en algunas de sus aplicaciones. El grado de viscosidad de los aceites tiene importancia en los aceites destinados a arder y los utilizados como lubricantes. En los primeros influye la viscosidad de modo que los aceites fluidos ascienden fácilmente por capilaridad en las mechas de las lámparas, mientras que los muy viscoso o poco fluidos requieren disposiciones especiales para conseguir que llegue a la llama en la unidad de tiempo suficiente cantidad de combustible. Cuando se emplea aceites como lubricantes, la materia grasa debe tener consistencia apropiada para impedir el contacto inmediato de las superficies que frotan entre sí impidiendo con ello se desgaste; para lograr esto conviene que la materia grasa no sea demasiado fluida ni tampoco demasiado viscosa.

Experimento de newton:

El experimento realizado por Newton consiste en colocar una delgada capa del líquido estudiado entre dos placas paralelas y muy cercanas, estas placas deben presentar un área suficientemente grande para que las condiciones en sus bordes puedan ser despreciadas. La placa inferior se fija y la superior se mueve con una velocidad v en sentido paralelo a la placa inferior midiendo la fuerza F necesaria para realizar dicho movimiento.

abdc = Condición inicial del fluido.

ebdo = Condición final del fluido.

Al realizar varios experimentos conservando algunas cantidades constantes se puede observar que F es directamente proporcional a ‘A’ (área de la placa superior) y v, es inversamente proporcional a h (distancia entre las placas).

La constante de proporcionalidad µ es denominada coeficiente de viscosidad absoluta o simplemente viscosidad, este valor es diferente para todos los fluidos.

La relación v/h es la velocidad angular de la línea ‘ba’ o tasa de deformación angular del fluido.

El esfuerzo cortante t aplicado sobre la placa superior es equilibrado por un esfuerzo cortante sobre la placa inferior de igual magnitud pero sentido contrario. Ambos esfuerzos cortantes son transmitidos al fluido teniendo esto como consecuencia que cualquier capa dentro del fluido a una distancia dh de la placa inferior va a estar sometida al mismo esfuerzo cortante t y se va a mover con velocidad dv (la velocidad para cualquier punto en contacto con la placa inferior es igual a 0 y en contacto con la placa superior es igual a v).

Esta ecuación es denominada ley de viscosidad de Newton.

Unidades de µ:

En el sistema internacional µ tiene unidades de N*s/m2 = Pa*s