VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS

La viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se le aplica una fuerza
externa.

•El coeficiente de viscosidad absoluta o simplemente la viscosidad absoluta de un fluido es una

medida de su resistencia al deslizamiento o a la deformación cortante o angular.

•Al aumentarse la temperatura, la viscosidad de todo líquido disminuye, mientras que la

viscosidad de todo gas aumenta.

El aceite de los motores, por ejemplo, tiene una viscosidad y una resistencia a cortadura altas,
mientras que la gasolina tiene una viscosidad baja. Las fuerzas de fricción en un fluido en
movimiento son el resultado de la cohesión y del intercambio de la cantidad de movimiento
entre moléculas.

Examinemos el caso de dos (2) placas paralelas (figura 1), suficientemente grandes para que las
condiciones de contorno se puedan despreciar, separadas una distancia pequeña Y, estando el
espacio entre ellas llena de fluido. Se supone que la superficie inferior es estacionaria, mientras
que la superficie superior se mueve en dirección paralela, a una velocidad U debido a la
aplicación de una fuerza F que se corresponde con alguna área A de la placa móvil.

Fig. N° 01

En los contornos, las partículas de fluido se adhieren a las paredes, por lo que su velocidad es
cero con respecto a la pared. Esta condición, llamada condición de no deslizamiento, ocurre con
todo fluido viscoso. Como consecuencia en la figura Nº1 la velocidad del fluido en contacto con
la placa inferior tiene que ser cero mientras que la velocidad del fluido en contacto con la
superficie superior tiene que ser U. la forma de la variación de la velocidad con la distancia entre
las dos superficies se denomina perfil de velocidades.
Si la separación entre las placas Y, y la velocidad relativa entre ellas U no son demasiado grandes,
y si el flujo neto de fluido a través del espacio entre las placas es nulo, se producirá un perfil de
velocidades lineal, como el que se muestra en la figura Nº1. El comportamiento es como si el
fluido estuviera compuesto de una serie de capas finas, cada una de las cuales se desliza un poco
en relación a la siguiente. Se ha demostrado en experimentos que una gran cantidad de fluidos
en las condiciones anteriores cumple la siguiente relación:

Por semejanza de triángulos en la figura Nº1, U/Y se puede reemplazar por el gradiente de
velocidades du/dy. Si se introduce ahora una constante de proporcionalidad μ, el esfuerzo
cortante τ entre dos (2) capas finas de fluido cualesquiera se pueden expresar como:

Ecuación de Newton de la viscosidad

La forma transpuesta de la ecuación anterior sirve para definir la constante de proporcionalidad:

Que se denomina coeficiente de viscosidad, viscosidad absoluta, viscosidad dinámica (debido a

que está relacionada con la fuerza), o simplemente viscosidad del fluido.

Las dimensiones de la viscosidad absoluta son fuerza por unidad de área partido por el gradiente
de velocidad.

En el sistema internacional de unidades (SI), las unidades de viscosidad absoluta son las
siguientes:

En el sistema británico de unidades, las unidades de viscosidad absoluta son las siguientes:
Una unidad muy utilizada para la viscosidad en el sistema (CGS) es el poise (P), denominado así
en honor a Jean Louis Poiseuille.

El poise es igual a 1 gr./cm•seg ó 0.10 N*s/m2.

El centipoise (cP) es igual a 0.01 Poise y es frecuentemente una unidad más cómoda.

Tiene otra ventaja en cuanto que la viscosidad del agua a 68.4ºF es 1cP. Por tanto, el valor de la
viscosidad en centipoise es una indicación de la viscosidad del fluido con respecto a la del agua
a 68.4ºF.

viscosidad cinemática (ν), así denominada por que la fuerza no está involucrada en las
dimensiones, quedando únicamente la longitud y el tiempo, como en cinemática. De esta forma:

La viscosidad cinemática se mide habitualmente en m2/seg en el sistema internacional, y en

ft2/seg en el sistema británico de unidades. Anteriormente, las unidades utilizadas en el sistema
(CGS) eran cm2/seg, también denominado Stoke (St). El centistoke (cSt)

(0.01St = 10-6m2/seg) era la unidad más conveniente en muchas ocasiones.

Propiedades de la viscosidad

 La viscosidad absoluta de todos los fluidos es prácticamente independiente de la presión

en el rango de valores que se encuentran en el campo de la ingeniería.

 La viscosidad cinemática de los gases varía con la presión debido los cambios de densidad.

 La viscosidad de los vapores saturados o poco recalentados es modificada apreciablemente

por cambios de presión, sin embargo, los datos sobre vapores son incompletos y en algunos
casos contradictorios, es por esto que cuando se trata de vapores distintos al de agua se
hace caso omiso del efecto de la presión a causa de la falta de información adecuada.

 En un líquido las moléculas tienen una movilidad limitada con fuerzas cohesivas grandes.
Un aumento de la temperatura disminuye la cohesión entre moléculas (se apartan más) y
decrece la viscosidad o “pegajosidad” del fluido.

 En un gas hay gran movilidad y muy poca cohesión, sin embargo, las moléculas chocan y de
aquí que se origina la viscosidad; al aumentar la temperatura la temperatura aumenta el
movimiento aleatorio y por ende la viscosidad.

El término REOLOGÍA fue sugerido en 1929 por Eugene Cook Bingham para definir la rama de la
Física que tiene por objeto el conocimiento de la deformación o flujo de la materia.

La Reología moderna, además de los comportamientos elástico y viscoso, estudia también

sistemas complejos que presentan simultáneamente propiedades elásticas y viscosas, es decir,
sustancias viscoelásticas.

Son objeto de estudio de la Reología materiales tales como plásticos, fibras sintéticas, pastas,
lubricantes, cremas, suspensiones, emulsiones, etc, los cuales constituyen la materia prima de
las industrias farmacéutica, cosmética, agroalimentaria, cerámica, de pinturas, de barnices y
otras.

Deformación y Flujo:

la deformación de un cuerpo puede ser clasificada en dos tipos generales: deformación

espontánea reversible o elasticidad (Asociada a los sólidos) y deformación irreversible o flujo
(Asociada a los líquidos).

REOLOGÍA

Clasificación de la deformación

Clasificación Reológica para Líquidos:

Los fluidos newtonianos son aquellos cuya relación esfuerzo de corte vs gradiente de
deformación es lineal y su viscosidad es una constante. La viscosidad de un fluido newtoniano
está determinada únicamente por la temperatura y composición.
Ejemplo de este tipo de fluidos son: el agua, aceite, combustible, lubricantes, entre otros

La viscosidad de un fluido newtoniano no depende del tiempo de aplicación del esfuerzo,

aunque sí puede depender tanto de la temperatura como de la presión a la que se encuentre

Los fluidos no newtonianos o viscoinelásticos independientes del tiempo son aquellos en que, a
una temperatura constante, su viscosidad depende únicamente de la magnitud del esfuerzo de
corte o del gradiente de deformación.

Son fluidos adelgazantes al corte o pseudoplásticos aquellos en los que la viscosidad disminuye,
cuando el gradiente de deformación aumenta.

Los fluidos espesantes al corte o dilatantes son aquellos en los que la viscosidad aumenta cuando
el gradiente de deformación aumenta. Como por ejemplo el almidón de maíz en agua.

Los fluidos no newtonianos o viscoinelásticos dependientes del tiempo se clasifican en

tixotrópicos o reopécticos.

Los fluidos tixotrópicos son aquellos en que, a una temperatura y gradiente de deformación
constante, presentan una disminución del esfuerzo de corte y de viscosidad.

Los reopécticos son aquellos fluidos que a una temperatura y gradiente de deformación
constante presentan un aumento en el esfuerzo de corte y en la viscosidad.

Los fluidos plásticos de Bingham son aquellos en que la relación esfuerzo de corte y gradiente
de deformación es lineal, pero para esfuerzos de corte pequeños se comportan como sólidos,
presentando características elásticas y únicamente por el incremento del esfuerzo de corte
hasta un cierto valor el sistema fluye, denominándose fluidos con esfuerzo de corte inicial.

Fluidos plásticos no Bingham son aquellas sustancias plásticas que presentan una relación no
proporcional entre el esfuerzo de corte y el gradiente de deformación, y presentan un esfuerzo
inicial. Se clasifican en plastoelásticos y plastoinelásticos, si tras ser sometidos al esfuerzo
presentan reversibilidad parcial o total a la deformación.
RESTRICCIONES A LA ECUACION DE BERNOULLI

Aunque la ecuación es aplicable a un gran número de problemas, es necesario mencionar

ciertas limitaciones con el fin de aplicar correctamente la ecuación.

 Está será válida solo para fluidos incompresibles, dado que el peso específico es el mismo
para las dos secciones.
 No puede haber dispositivos mecánicos entre las dos secciones tomadas en cuenta para
el análisis, estos pueden agregar o disminuir energía.
 No puede haber transferencia de calor hacia adentro o fuera del fluido.
 No debe haber pérdidas de energía debido a la fricción.

En la realidad ninguno de los sistemas satisface todas las restricciones. Sin embargo, existen
muchos sistemas para los cuales solamente se tendrá un error pequeño y despreciable al aplicar
la ecuación.

procedimiento para la aplicación de la ecuación de Bernoulli en flujo permanente

 Determine qué elementos son conocidos y qué se va a encontrar.

 Decidir cuales dos secciones del sistema se utilizarán cuando se escriba la ecuación. Se
escoge una sección de la cual se conocen muchos datos. La segunda es, por lo general, la
sección en la cual se debe calcular algo.
 Escriba la ecuación para las dos secciones elegidas en el sistema. Es importante que la
ecuación que la ecuación se escriba en la dirección del flujo. Es decir, el flujo debe ir de la
sección de la parte izquierda de la ecuación a la parte derecha.
 Simplifique la ecuación, si es posible, mediante la cancelación de los términos cuyo valor
es cero o de aquellos que son los mismos en ambos lados de la ecuación.
 Resuelva la ecuación algebraicamente para el término deseado.
 Sustituya las cantidades conocidas y calcule el resultado, tome la precaución de asegurar
el uso de unidades consistentes a lo largo del cálculo.

CONDUCTO ABIERTO Y CERRADO

Definición

Los canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a la acción
de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la
atmósfera; esto quiere decir que el agua fluye impulsada por la presión atmosférica y de su
propio peso. (Figura 1.1).
Rugosidad de los diferentes tipos de los materiales