TRANSPORTE DE CANTIDADDE MOVIMIENTOIntroducción – Ley de Newton de la Viscosidad

TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO

Mecánica de Fluidos

Transportede Cantidad

de Movimiento

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS

Conservación de masaConservación de

cantidad de movimiento

Conservación de la energía (1° Principio de

la Termodinámica)

Ley de variación de la entropía (2° Principio de la Termodinámica)

MECÁNICA DE FLUIDOS

Teoríadel

continuo

Ignoraestructuramolecular

Propiedadesdefinidas en

todos los puntos

Sistema >> separación

de laspartículas

Hipótesis Básica de la Mecánica de Fluidos

HIPÓTESIS BÁSICA DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS

NivelMicroscópico

NivelMacroscópico

Teoría del Continuo

TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO

F l u i d o s

Líquidos

Ofrecen gran resistenciaal cambio de volumenpero no al de forma

Gases

Ofrecen poca resistenciaal cambio de volumen y

forma

TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO

• Fluido: sustancia que se deforma al aplicarle un esfuerzo de corte.

• Esfuerzo de corte: fuerza tangencial por unidad de área.

LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

Sistema: fluido en reposo contenido entre dos placas paralelas de área A separadas una distancia Y.

LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

Se pone en movimiento la placa inferior a unavelocidad V constante, desarrollándose un perfilde velocidades.

LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

Para mantener la velocidad de la placa inferior, una fuerza F debede aplicarse sobre la misma.

LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

Isaac Newton encontró que para la mayoría de los fluidos hay unaproporcionalidad directa entre el esfuerzo de corte aplicado sobreel mismo y el gradiente negativo de velocidades desarrollado en sentido perpendicular a dicho esfuerzo.

LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

Densidad de flujo de la componente x de cantidad de movimiento en la dirección de y.

Gradiente de la componente x de la velocidad del

fluido en la dirección del eje y.

Viscosidad del fluido

LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Esf

uerz

o d

e c

ort

e

Gradiente negativo de velocidad

LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

Para el sistema dado, la Ley de Newton de la Viscosidad resulta:

SISTEMAS DE UNIDADES

Sistemas de Unidades

Unidades Fundamentales

(M, L, t, T)

Sistema Absoluto

(F, L, t, T, Q)

Sistema Gravitacional o

Técnico

UNIDADES DE VISCOSIDAD(SISTEMAS ABSOLUTOS DE UNIDADES)

Sistema de Unidades

SI CGS INGLÉS

𝑙𝑏

𝑓𝑡 𝑠

𝑔

𝑐𝑚 𝑠2𝑙𝑏

𝑓𝑡 𝑠2

𝑘𝑔

𝑚 𝑠2𝑜 𝑃𝑎

Viscosidad

Cinemática

ViscosidadAbsoluta – Aparente

Esfuerzo de CorteDensidad de Flujo de CM𝜏

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD

Viscosidad

Experimentalmente

Correlacionesempíricas

Prediccionesteóricas

VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA

Presión: 1 atm Agua Aire

Temperatura [°C] Viscosidad [cp] Viscosidad [cp]

0 1.787 0.01716

20 1.0019 0.01813

40 0.6530 0.01908

60 0.4665 0.01999

80 0.3548 0.02087

100 0.2821 0.02173

TIPOS DE FLUJO

Flujo

Sometido a límites sólidos

FLUJO EN CAPA LÍMITE

Existenesfuerzos de

corte

No sometido a límites sólidos

FLUJO POTENCIAL

No hay esfuerzos de

corte

TIPOS DE FLUJO

Movimiento de las moléculas

del fluido

Líneas rectasparalelas

FLUJO LAMINAR

Trayectorias con fluctuacionesturbulentas

FLUJO TURBULENTO

TIPOS DE FLUJO

Propiedades y condiciones del

sistema

Constantes en el tiempo

FLUJO ESTACIONARIO

Variables con el tiempo

FLUJO NO ESTACIONARIO

TIPOS DE FLUJO

FlujoDivergencia de la velocidad

div (v) ≠ 0FLUJO

COMPRESIBLE

div (v) = 0FLUJO

INCOMPRESIBLE

TIPOS DE FLUJO

Flujo

Entre sólidos FLUJO INTERNO

Alrededor de sólidos

FLUJO EXTERNO

TIPOS DE FLUJO

Velocidad

rot v = ƟFLUJO

IRROTACIONAL

rot v ≠ ƟFLUJO

ROTACIONAL