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Sesion 2-Fluidos - Viscosidad
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Ing. Juan Carlos Vives Garnique 1
DEFINICIONES Y PROPIEDADES
MECNICA DE FLUIDOSPROPIEDADES Y DEFINICIONES
MECNICA DE FLUIDOS
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 2
fluido
a constante a vara
Definicin de un fluido
Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente
(ngulo a) cuando se le aplica un esfuerzo tangencial por pequeo que sea.
Con un dF, la placa se movera a una velocidad du.
slido
F
A
CB C'B'
D
a
placa fija
av
v B' B''
A
u
F
B'''B
u placa mvil
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Viscosidad
Viscosidad (m) de un fluido es la resistencia a que las distin-tas lminas deslicen entre s.
Ley de Newton de la viscosidad
La resistencia debida a la viscosidad depende, adems, de la
variacin de velocidad entre las capas: velocidad de defor-
macin (dv/dy). No es lo mismo intentar sacar una cuchara de
un tarro de miel despacio que rpido (mayor resistencia).
placa fija
av
v B' B''
A
u
F
B'''B
u placa mvil
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dy
dv m (ley de Newton)
dv> dv
Esfuerzo cortante
A dicha resistencia, por unidad de superficie, que aparece
entre dos lminas deslizantes, cuya variacin de velocidad es
dv y su separacin dy es lo que se llama esfuerzo cortante:
placa fija
perfil de velocidades
'
v
dyv
v
dv
dv
dy
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dy
dv m (ley de Newton)
dv> dv
lubricacin
Esfuerzo cortante
A dicha resistencia, por unidad de superficie, que aparece
entre dos lminas deslizantes, cuya variacin de velocidad es
dv y su separacin dy es lo que se llama esfuerzo cortante:
dv= dv
placa mvil
placa fija
F
perfil de velocidades
v
placa fija
perfil de velocidades
'
v
dyv
v
dv
dv
dy
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Isaac Newton(Inglaterra 1643-1716)
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 7
s/m N 2
dv
dym
Unidades de viscosidad dinmica en el S.I.
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s/m N 2
dv
dym
s) kg/(m dv
dym
Unidades de viscosidad dinmica en el S.I.
o bien (1 N = 1 kg m/s2),
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 9
Viscosidad cinemtica, n
mn
Por definicin es el cociente entre la viscosidad absoluta y
la densidad:
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Viscosidad cinemtica, n
mn
Por definicin es el cociente entre la viscosidad absoluta y
la densidad:
En el S.I. de Unidades:
sm kg/m
s) kg/(m 2
3
m
mn
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Ing. Juan Carlos Vives Garnique 12
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 13
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 14
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 15
Causas de la viscosidad
Cohesin molecular
Intercambio de cantidad de movimiento
La viscosidad en los lquidos se debe a la cohesin, y en los
gases al intercambio de cantidad de movimiento.
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 16
Causas de la viscosidad
Cohesin molecular
Intercambio de cantidad de movimiento
La viscosidad en los lquidos se debe a la cohesin, y en los
gases al intercambio de cantidad de movimiento.
La cohesin y por tanto la viscosidad de un lquido
disminuye al aumentar la temperatura. Por el contrario, la
actividad molecular y en consecuencia la viscosidad de un
gas aumenta con ella.
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alta viscosidad
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Agua: baja viscosidad
Ing. Juan Carlos Vives Garnique19
Aire: baja viscosidad
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Lquidos:p
v
v
1 Gases:
dp
dv
v
1
Lquidos:p
v
v
1 Gases:
dp
dv
v
1p
v
2
1
lquido
v p p+v
v
p
Coeficiente de compresibilidad
COMPRESIBILIDAD
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Lquidos:p
v
v
1 Gases:
dp
dv
v
1
Lquidos:p
v
v
1 Gases:
dp
dv
v
1p
v
2
1
lquido
v p p+v
v
p
Coeficiente de compresibilidad
COMPRESIBILIDAD
v
pvK
Mdulo de elasticidad volumtrico K
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Agua ps bar ts C
Presin y temperatura de saturacin
ts = t(ps)
0,01 7
1 100
2 120
20 212
40 250
60 276
80 295
100 311
150 342
200 366
220 374
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Agua ps bar ts C
Presin y temperatura de saturacin
ts = t(ps)
0,01 7
1 100
2 120
20 212
40 250
60 276
80 295
100 311
150 342
200 366
220 374
En instalaciones hidrulicas hay situacio-
nes en las que la presin del agua puede
disminuir tanto, que llega a hervir.
En una olla a presin el agua hierve a
mayor temperatura; por eso la coccin es
ms rpida.
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 24
La burbujas de vapor de agua, si se formaran, llegan a zonas
de mayor presin, y el vapor se condensa bruscamente. Que-
dan unas cavidades vacas que son rellenadas con mpetu
por el agua que las envuelve (se han llegado a medir hasta el
millar de atmsferas). Slo duran milsimas de segundo;
seran como picotazos que reciben las paredes, que seran
corrodas en muy poco tiempo.
Cavitacin
Ing. Juan Carlos Vives Garnique25
burbuja de vapor
cavidad vaca
implosin
rodete
tubo de
aspiracin
Por ejemplo, a la salida del
rodete de una turbina Francis
conviene que el agua salga con
bastante depresin; aunque slo
hasta el lmite de cavitacin.
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corrosin por cavitacin
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Ing. Juan Carlos Vives Garnique28
Erosin por cavitacin
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Cavitacin en
bombas hlice
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 30
Sobre cada partcula (M), acta un par de fuerzas originado
por las partculas 1 y 2. Si el par es pequeo respecto de la
viscosidad del fluido, las partculas no giran: flujo laminar.
De lo contrario, hay giro: flujo turbulento. Aparece un efec-
to similar a la viscosidad en los gases: viscosidad aparente
y/o viscosidad de turbulencia (h), que lgicamente no es una propiedad del fluido:
1
2
M2F1F
1v
2v
v
dy
dv )( hm
VISCOSIDAD DE TURBULENCIA
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DEFINICIONES Y PROPIEDADES
MECNICA DE FLUIDOSPROPIEDADES Y DEFINICIONES
MECNICA DE FLUIDOS
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r dy
yv
mxv
V
y
dyr
Ejercicio 1-2.1
Figuras no incluidas en las diapositivas
v_
_v
v v
v v' ''
Av
C
tiempos
D
B
Figura 1-8
A
100 mm
2,5 m/sv=O
y
v
BProblema 1.5
Ing. Juan Carlos Vives Garnique 33
+v dv
v
2,5 m/sv=Fr
dy
yr
Problema 1.6
m =3,5 kg20
0,01 cm
Problema 1.10
20 cm
20,02 cm
30 cm 32 cm
20 cm
20,01 cm
25 cm
25,2 cm
30 cm
Problema 1.13Problema 1.12Problema 1.11
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