Viscosidad y mecanismo del transporte de cantidad de
movimiento
Viscosidad y mecanismo del transporte de cantidad de
movimiento
05/02/2014maria del rosario diaz camacho1introduccinViscosidad:
Esta propiedad es una de las ms importantes en el estudio de los
fluidos y se pone de manifiesto cuando los fluidos estn en
movimientoViscosidad dinmica: conforme un fluido se mueve dentro de
el se desarrolla un esfuerzo cortante, cuya magnitud depende de la
viscosidad del fluido.ESFUERZO CORTANTE: Se simboliza con la letra
griega (tau), la fuerza que se requiere para que una unidad de rea
de una sustancia se deslice sobre otra. Entonces el es una fuerza
dividida entre un rea y se mide en unidades de:
05/02/2014maria del rosario diaz camacho22GRADIENTE DE
VELOCIDAD: Medida del cambio de velocidad y se define como . Se le
conoce como tasa cortante. El esfuerzo cortante es directamente
proporcional se enuncia de forma matemtica as:
donde: (letra eta en griego) viscosidad dinmica del
fluido=velocidad
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05/02/2014maria del rosario diaz camacho6VISCOSIDAD
CINEMATICA:
05/02/2014maria del rosario diaz camacho7Clculo del esfuerzo
cortante en un lquido.Con respecto a la figura 2.3-1, la distancia
entre las placas es y = 0.5 cm, = 10 cm/s y el fluido es alcohol
etlico a 273 K, cuya viscosidad es 1.77 cp (0.0177 g/cm . s).a)
Calcule el esfuerzo cortante zy el gradiente de velocidad o
velocidad cortante dvz/dy en unidades cgs.b) Repita en Ib fuerza, s
y pies (unidades del sistema ingls).c ) Repita esto en unidades
SI.
05/02/2014maria del rosario diaz camacho8Solucin:Se puede
sustituir directamente en la ecuacin (2.4-l) o integrar la ecuacin
(2.4-2). Usando este ltimo mtodo, reordenando la ecuacin (2.4-2),
llamando a la placa inferior punto 1 e integrando:
Sustituir los valores conocidos
05/02/2014maria del rosario diaz camacho9Calcular la velocidad
cortante( el cambio de velocidad es lineal con respecto a y
Para el inciso b.se una lb fuerza como unidades Y EL factor de
la viscosidad del apndice A.1-13
05/02/2014maria del rosario diaz camacho10Se realiza la
integracin de la siguiente ecuacin
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05/02/2014maria del rosario diaz camacho12Viscosidad de los
fluidos newtonianosLos fluidos que obedecen la ley de viscosidad de
Newton. se llaman fluidos newtonianos. fluidos newtonianos existe
una relacin lineal entre el esfuerzo cortante Q y el gradiente de
velocidad dvz/dy (velocidad cortante). Esto significa que la
velocidad es constante independiente de la velocidad cortante.no
newtonianos, la relacin entre yZ y dvZ/dy no es lineal, es decir,
la viscosidad no permanece constante sino que est en funcin de la
velocidad cortante. Algunos lquidos no obedecen esta ley simple de
Newton, como pastas, lechadas, altos polmeros y
emulsiones.05/02/2014maria del rosario diaz camacho13
05/02/2014maria del rosario diaz camacho14TIPOS DE FLUJO DE
FLUIDOS Y EL NMERO DE REYNOLDSIntroduccin y tipos de flujo de
fluidosLas relaciones bsicas que describen el movimiento de un
fluido estn comprendidas en la ecuaciones para los balances totales
de masa, energa y momento lineal, que se tratarn en las secciones
siguientes.Estos balances totales (o macroscpicos) se aplicaran a
un recipiente finito o volumen fijo en el espacio. Usamos el trmino
total debido a que deseamos describir estos balances con respecto
al exterior del recipiente.05/02/2014maria del rosario diaz
camacho15Flujo laminar y flujo turbulentoEl tipo de flujo que se
presenta en el desplazamiento de un fluido por un canal es muy
importante en los problemas de dinmica de fluidos.
Cuando los fluidos se mueven por un canal cerrado de cualquier
rea de corte transversal, se puede presentar cualquiera de dos
tipos diferentes de flujo, dependiendo de las condiciones
existentes.05/02/2014maria del rosario diaz camacho16Flujo
laminarEl primer tipo de flujo a velocidades bajas, donde las capas
de fluido parecen desplazarse unas sobre otras sin remolinos o
turbulencias, se llama flujo luminar y obedece la ley de viscosidad
de Newton
05/02/2014maria del rosario diaz camacho17FLUJO TURBULENTOEl
segundo tipo de flujo a velocidades ms altas, donde se forman
remolinos que imparten al fluido una naturaleza fluctuante, se
llama flujo turbulento.
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POINT\Introduccin a los fluidos.ppt05/02/2014maria del rosario
diaz camacho19POINT\NUMERO DE REINOLS.pptx
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EJEMPLO 2.5-l. Nmero de Reynolds en una tuberaPor una tubera con
un dimetro interior (DI) de 2. 067 pulg. fluye agua a 303 K con una
velocidad de 10 gal/min. Calcule el nmero de Reynolds usando
unidades del sistema ingls y SI.
velocidad de flujo =(10 gal/min)[1 pie3/7.481gal)(1min/60s) =
0.0223 pie3/sdimetro de la tubera,D =2.067/12 = 0.172
pie05/02/2014maria del rosario diaz camacho2105/02/2014maria del
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camacho23BALANCE TOTAL DE MASA Y ECUACIN DE CONTINUIDADEn la
dinmica de fluidos se estudia el movimiento de stos. Por lo
general, se transfieren de un lugar a otro por medio de
dispositivos mecnicos tales como bombas o ventiladores por carga de
gravedad o por presin, y fluyen a travs de sistemas de tuberas o
equipo de proceso. entrada = salida + acumulacinPuesto que en el
flujo de fluidos generalmente se trabaja con velocidades de flujo y
casi siempre en estado estacionario, la velocidad de acumulacin es
cero y se obtiene:
05/02/2014maria del rosario diaz camacho24velocidad de entrada =
velocidad de salida (estado estacionario)
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Flujo y balance de masa de petrleo crudoUn petrleo crudo con una
densidad de 892 kg/m3 fluye a travs del sistema de tuberas que se
muestra en la figura 2.6-2 a una velocidad total de 1.388 x l0-3
m3/s a la entrada de la tubera 1.El flujo se divide en partes
iguales entre las tres tuberas. Las tuberas son de acero de cdula
40 (vase en el apndice A.5 las dimensiones exactas). Calcule lo
siguiente usando unidades SI.a) Velocidad total del flujo de masa m
en las tuberas 1 y 3.b) Velocidad promedio v en 1 y 3.c) Velocidad
de masa G en 1.05/02/2014maria del rosario diaz
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Ecuacin global para el balance de masa05/02/2014maria del
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Balance global de masa en un tanque agitadoUn tanque contiene
inicialmente 500 kg de solucin salina que tiene un 10% de sal. En
el punto (1) en el volumen de control de la figura 2.6-5, entra una
corriente con una velocidad de flujo constante de 10 kg/h que
contiene 20% de sal. Una corriente sale por el punto (2) a una
velocidad constante de 5 kg/h. El tanque se agita bien. Deduzca una
ecuacin que relacione la fraccin de peso WA de la sal en el tanque
en cualquier momento t en horas.05/02/2014maria del rosario diaz
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Velocidad promedio para uso en el balance global de
masa05/02/2014maria del rosario diaz camacho35
Si la velocidad no es constante, sino que vara en distintos
puntosdel rea de superficie, se define una velocidad general o
promedio mediantepara una superficie sobre la cual v es
perpendicular a A y la densidad p se supone constante.Variacin de
la velocidad en diferentes puntos de la superficie decontrol y
velocidad promedioPara el caso de un flujo incompresible ( es
constante) a travs de una tubera circular deradio R, el perfil de
velocidad es parablico para el flujo laminar, como sigue:
donde v mx es la velocidad mxima en el centro donde r = 0, y v
es la velocidad a una distancia radial r del centro. Deduzca una
expresin para la velocidad general o promedio v prom para usarla en
la ecuacin global de balance de masa.05/02/2014maria del rosario
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BALANCE GLOBAL DE ENERGA05/02/2014maria del rosario diaz
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BALANCE DE ENERGIA EN ESTADO ESTACIONARIO
Una sola entrada y una sola salida y una variacin de altura z
despreciable
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Ecuacin de Bernoulli para el balance de energa
mecnica05/02/2014maria del rosario diaz camacho42
Velocidad de flujo a partir de mediciones de presinUn lquido con
densidad constante de,p kg/m3 fluye a velocidad desconocida v1 m/s
a travsde una tubera horizontal cuya rea de corte transversal es Al
m2 y a presin p1 N/m2, paradespus pasar a una seccin de la tubera
en la que el rea se reduce gradualmente a A2 m2y la presin es p2.
Suponiendo que no hay prdidas por friccin, calcule las velocidades
vly v2 con base en la medicin de la diferencia de presin
(p1-p2).05/02/2014maria del rosario diaz camacho4305/02/2014maria
del rosario diaz camacho44
Velocidad de flujo en la tobera de un tanqueUna tobera de seccin
transversal A2 descarga a la atmsfera y est localizada en el
costadode un tanque grande en el que la superficie expuesta del
lquido est Hm por arriba de la lneacentral de la tobera. Calcule la
velocidad v2 en la tobera y la tasa volumtrica de
descarga,suponiendo que no hay prdidas por friccin.05/02/2014maria
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