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MECNICA DE FLUIDOSCarrera Profesional de Ing. AmbientalProfesor: Jess Alexander Snchez GonzlezViscosidad y MEDIOS CONTINUOSintroduccin

OBSERVE LA SIGUIENTE IMAGEN

flujoespesodenso o viscoso3RESPONDA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS

Logro de la sesinMecnica de medios continuosMECNICA DE SLIDOS DEFORMABLESLa mecnica de slidos deformables es la rama de la fsica que trata de medios continuos que tienen una forma definida no determinada enteramente por el recipiente o conjunto de constricciones sobre la superficie del slido.ELASTICIDAD, que describe los materiales que recuperan su forma si se retiran las fuerzas causantes de la deformacin.PLASTICIDAD, que describe los materiales que sufren deformaciones permanentes y no recuperables tras la aplicacin de fuerzas suficientemente grandes.REOLOGADado que algunos materiales presentan viscoelasticidad (una combinacin de comportamiento elstico y viscoso), la distincin entre la mecnica de slidos y la mecnica de fluidos es difusa.MECNICA DE FLUIDOS(incluyendo hidrosttica e hidrodinmica), que trata de la fsica de fluidos. Una propiedad importante de los fluidos es su viscosidad, que es una fuerza interna generada por un fluido que se opone al movimiento del mismo.FLUIDO NO NEWTONIANOFLUIDO NEWTONIANODesarrolle lo siguienteREOLOGA DE fluidos y slidosLa reologa es la ciencia que estudia el flujo y las deformaciones de los slidos y fluidos, bajo la influencia de fuerzas mecnicasNecesidades de conocer la reologaDiseo de tuberas y seleccin de bombasDiseo y anlisis de equipos de extrusinSeleccin y operacin de equipos de mezcladoDiseo y operacin de cambiadores de calorProcesos en los que se realizan recubrimientosSeleccin de envasesIntroduccinEn la mecnica clsica, la distincin entre lquidos y slidos fue en un principio muy clara, y generaron leyes fsicas para describir sus comportamientos, los slidos representados por la ley de HOOKE y los lquidos por la Ley de NEWTON.Existe una variedad de productos que cuando fluyen presentan un comportamiento comprendido entre estos dos extremos.

Slidos elsticosLos slidos son aquellos que no fluyen ante un esfuerzo, sino que se deforman y se acaban rompiendo. Los slidos rgidos se rompen sin deformarse. Hay diferentes tipos de deformaciones.Ejemplos: la elongacin y la deformacin.La elongacincausada por la aplicacin de una tensin sobre la superficie que se deforma.La siguiente figura muestra un paraleleppedo sometido a una tensin , frecuentemente expresada como fuerza por unidad de seccin inicial. El material, de una longitud inicial Lo, se elonga L.

La deformacin cortanteEs causada por un esfuerzo aplicado sobre una superficie diferente de la que se deforma.

Reologa de fluidosAyFv

Esfuerzo cortante

Velocidad de cizalla

LEY DE NEWTONDe modo general se pueden distinguir los siguientes comportamientos:Newtoniano: siguen la ley de NewtonNo newtoniano: no siguen la ley de Newton

LEY DE NEWTONAdems existen sustancias cuyo comportamiento depende del tiempo de actuacin del esfuerzo realizado sobre ellos.Los fluidos cuyo comportamiento es nicamente funcin del esfuerzo cortante se denominan: Independientes del tiempo y su viscosidad a una determinada temperatura slo dependen de la velocidad de deformacin.

En el caso de los fluidos no newtonianos ya no se puede hablar de viscosidad; la relacin entre el esfuerzo aplicado y la velocidad de deformacin no es constante, la funcin viscosidad = Viscosidad Aparente y esta en funcin de la velocidad de deformacin.Existen fluidos que presentan conjuntamente comportamiento de fluido viscoso y slido elstico; viscoelsticos.1234Viscosidades aparentes11Clasificacin de fluidos No NewtonianosFLUIDOS VISCOELSTICOFLUIDOS INELSTICOSINDEPENDIENTE DEL TIEMPOLey de PotenciaPseudoplsticoDilatantePlstico de BinghamHerschel BulkleyDEPENDIENTE DEL TIEMPOFluidos tixotrpicosFluidos reopcticos o antitixotrpicosFlujo NEWTONIANOEl flujo viscoso de un fluido Newtoniano implica una deformacin no recuperable.Para este tipo de fluidos el esfuerzo de cizalla es directamente proporcional a la velocidad de cambio de la velocidad con la distancia (gradiente de velocidad).La velocidad de cizalla o de deformacin es el gradiente de velocidad (o velocidad de tiempo de cambio de la deformacin de cizalla).Comportamiento ideal newtonianoSe le atribuye a los lquidos simples, soluciones verdaderas, disolventes de bajo peso molecular, dispersiones macromoleculares diluidas, soluciones de polmeros que no interaccionan y pastas con bajo contenido de slidos.Newtoniano

Flujo NO NEWTONIANO: Independientes del tiempoHerschel-BulkleyDilatantePseudoplsticoPlstico de BinghamNewtoniano (REFERENCIA)ESPESAMIENTO DE CIZALLAADELGAZAMIENTO DE CIZALLA (ley exponencial)0Umbral de fluencia = 0

Ecuaciones de fluidos No Newtonianos inelsticos

Modelo Herschel-Bulkley

Ley de la Potencia

Plstico de Bingham

Plstico CassonK: ndice de consistencian: ndice de comportamiento del flujo

EjemplosPseudoplsticos: soluciones de goma, adhesivos, soluciones de polmeros, algunas grasas, suspensiones de almidn, acetato de celulosa, mayonesas, algunas sopas y suspensiones de detergentes, pulpas de papel, pinturas, etc.Dilatantes: soluciones de harina de maz y azcar, almidn, etc.Plsticos de Bingham: fundidos de plsticos, margarina, grasas de cocina, pastas de dientes, etc.Plsticos Casson: sangre, salsa de tomate, zumo de naranja, chocolate cocido, etc.Flujo NO NEWTONIANO: Dependientes del tiempoTixotrpicoReopcticoMateriales viscoelsticosAnte la aplicacin de un esfuerzo, un material viscoelstico responde deformndose instantneamente con algn comportamiento elstico, la tensin aplicada produce una deformacin.A partir del instante cero, el material fluye de acuerdo a un modelo reolgico de forma que la tensin se relaja al aproximarse el material a una nueva posicin de equilibrio.A tiempo infinito, la tensin puede haberse relajado totalmente, si el material fluye de acuerdo al modelo newtoniano o de la potencia, o conservar un valor si el flujo es de plstico general o de Bingham.Si el esfuerzo cesa en cualquier momento antes de la relajacin, el material se retrotrae recuperando algo de su forma inicial.

Comportamiento viscoelsticoTiempos de relajacin

VISCOELASTICIDADSi un fluido newtoniano se hace salir en chorro por una tubera, se produce una contraccin en el dimetro del chorro, mientras que para un viscoelstico se produce un ensanchamiento en el dimetro del chorro (efecto Barus o Merrington).VISCOELASTICIDADEfecto Weissenberg: es el comportamiento contrario al vrtice formado durante la agitacin de fluidos newtonianos, el viscoelstico tiende a ascender por la varilla de agitacin.

AB

Efecto de la TemperaturaEn el caso de fluidos NEWTONIANOS, la expresin que correlaciona la viscosidad con la temperatura es una ecuacin tipo Arrhenius.Para fluidos NO NEWTONIANOS suele relacionarse la viscosidad aparente con una velocidad de deformacin fijada, en lugar de viscosidad

Efecto de la TemperaturaLa viscosidad e ndice de consistencia (K) disminuyen cuando aumenta la temperatura.El ndice de comportamiento al flujo (n) no suele verse afectado por la variacin de la temperatura.El umbral de fluencia tambin puede variar con la temperatura, de tal modo que al aumentar la temperatura disminuye su valor.

Efecto de la ConcentracinEl efecto que la concentracin ejerce sobre un sistema homogneo es el de aumentar la viscosidad o ndice de consistencia.Pueden encontrarse dos tipos de correlaciones: un modelo exponencial y otro potencial

Efecto de la ConcentracinDe las ecuaciones anteriores el modelo potencial suele dar buenos resultados en alimentos tipo purs, mientras que la exponencial se aplica con xito en zumos concentrados de frutas y pastas.

Adems de la viscosidad () e ndice de consistencia (K), la concentracin puede afectar a otros parmetros. As el umbral de fluencia aumenta cuando lo hace la concentracin.Efecto de la ConcentracinEl caso del ndice del comportamiento al flujo (n), existen trabajos en los que la concentracin no lo afecta, mientras que en otros se observa que un aumento de la concentracin disminuye el valor del ndice de comportamientos al flujo.Efecto Combinado Temperatura-ConcentracinLas ecuaciones que generalmente se utilizan son:

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