6 - Viscosidad1.pptx
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Microsoft PowerPoint - FLUIDOS VISCOSOS 1a [Modo de compatibilidad]
Diapositivas de clase
Estas diapositivas solo pueden servir como gua de lo que se vi en clase terica y de ninguna manera se puede tomar como un apunte oficial de la ctedra de Fsica I.
Organizacin
Flujo de un fluido viscosoCoeficiente de viscosidad de un fluido unidadesTipos de movimiento de los fluidos: Laminar y turbulentoLey de Poiselle Ecuacin de continuidad en fluidos viscososConsumo de energa en un tuboMovimiento de cuerpos en fluidosTeorema de StokesFuerza de arrastre proporcional al cuadrado de la velocidadSedimentacin y centrifugacin
Flujo de un fluido viscoso
Todos los fluidos se mueven con rozamiento por lo tanto la energa mecnica no se mantiene constante.
Flujo de un fluido viscoso
El fluido de abajo es mas viscoso que el de arribaExtraido e Wikipedia
Flujo de un fluido viscoso
Un fluido ideal sale con velocidad
Toda la energa potencial disponible (debido a la altura h) se transforma en energa cintica
En un fluido viscoso el balance de energa es muy diferente. Una parte de la energa potencial que tiene cualquier elemento de fluido al iniciar el movimiento se ha transformado ntegramente en calor.
Flujo de un fluido viscosoLas fuerzas de roce no son conservativas.Parte de la energa mecnica del fluido se disipa como calorLa ecuacin de Bernoulli ya no se puede aplicar.En la circulacin sangunea se debe tener en cuenta los efectos de la viscosidad
Coeficiente de viscosidad
Fluidos Newtonianos
Donde es el coeficiente de viscosidad que depende de la naturaleza del fluido y de su estado
varia con la temperatura. En los lquidos disminuye con la temperatura
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Coeficiente de viscosidad
Las dimensiones de son:
[] = [F] [D] / [v] [A] = kg m-1 s-1
es el coeficiente de viscosidad de un fluido que opone una fuerza de 1 N al movimiento de una placa con una velocidad relativa de 1 m/s respecto de otra placa paralela separada 1 m de la primera.La unidad de viscosidad se denomina Poiseuille: 1 PI = 1 Pa sEn el CGS esta unidad se denomina poise (P): 1 PI = 10 P
Coeficiente de viscosidad
Las dimensiones de son:
[] = [F] [D] / [v] [A] = kg m-1 s-1El coeficiente de viscosidad de un fluido es altamente dependiente de la temperatura.A mayor temperatura el liquido es mas fluido.
Coeficiente de viscosidad
En la figura se observa la variacin con la temperatura de la viscosidad de la glicerina que se utiliza en el laboratorio
Coeficiente de viscosidad
Viscosidaddediferenteslquidosa20C.SustanciasViscosidad(cp)SustanciasViscosidad(cp)Eter etilico0.233Mercurio1.550Cloroformo0.580Nitrobenceno2.030Benceno0.652Glicol19.90Alcohol Etilico1.200Agua1.005
Fluidos newtonianos y no newtonianos
Lo anterior es vlido si el liquido es newtoniano
Es decir si hay una relacin lineal entre la fuerza y la variacion de velocidad con la altura
Tipos de movimiento de los fluidos:LaminarEl liquido se mueve como si estuviese dividido en lminas que mantienen su forma en el tiempo.Es estacionario: cada punto del espacio de la velocidad del fluido no cambia con el tiempo.
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Tipos de movimiento de los fluidos:Turbulento
Al aumentar la velocidad del fluido el flujo se convierte en turbulento: las laminas se mezclan y se forman remolinosEl aspecto de cada porcin de fluido cambia con el tiempo
Tipos de movimiento de los fluidos:
En la circulacin sangunea se dan los dos tipo segn las condiciones. La transicin de flujo laminar a turbulento depende de la velocidad, de la viscosidad y de la densidad del fluido
Donde es la densidad del liquido, la velocidad, R longitud caracterstica del sistema y es la viscosidadEl numero de Reynolds NR puede predecir si el fluido que circula por un tubo ser laminar o turbulento
Tipos de movimiento de los fluidos
Para un liquido circulando por una caera
R es el radio de la caeraEl numero de reynolds NR puede predecir si el fluido ser laminar o turbulentoFLUJO LAMINAR NR < 2000 FLUJO TURBULENTO NR > 4000
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Movimiento de cuerpos en fluidos
Numero de Reynolds
Para un slido movindose por un fluido:
o r es el radio del objetoo v es la velocidad del objeto o es la viscosidad del fluido o es la densidad del fluido
Ejemplo:
Determine la rapidez a la cual el flujo de sangre en una arteria de 0.20 cm de dimetro se vuelve turbulento. Suponga que la densidad de la sangre es de 1,05 . 103 kg/m3 y que su viscosidad es de 2,7 . 103 N.s/m2.La turbulencia se presenta cuando el NR es de 3000. Entonces la velocidad de la sangre debera ser:
= 3.9 m/s
Ley de Poiselle Ecuacin de continuidad en fluidos viscosos
La ecuacin de continuidad para fluidos ideales es
Esta ecuacin tiene una aplicacin mas general, debido a que es una consecuencia del principio de conservacion de la masa
En un fluido
viscoso e incomprensible se sustituye v por una v promedio que de cuenta del perfil parablico que sera:
Ley de
Ley de Poiselle Ecuacin de continuidad en fluidos viscosos
Reemplazando el valor de las magnitudes en funcin de las caractersticas geomtricas del tubo y del liquidoPoiselle
r
L
P1P2
Ejemplo:Un paciente recibe una transfusin de sangre por medio de una aguja de 0.20 mm de radio y 2.0 cm de longitud. La densidad de la sangre es de 1050 kg/m3. La botella que suministra la sangre est a 0,50 m por encima del brazo del paciente. Calcule el flujo a travs de la aguja.La diferencia de presin entre el nivel del brazo del paciente y la sangre esPor la ley de Poiselle:Pregunta:Cunto tiempo toma inyectar medio litro de sangre al paciente?
Consumo de energa en un tubo
Muchas veces interesa la cantidad de energa por unidad de tiempo que se gasta para hacer circular un liquido viscoso
Energa liberada en forma de calor debido al rozamiento del fluido
Consumo de energa en un tubo
Para obtener esta energa por unidad de tiempo:
Que es igual al consumo de energa debido al rozamiento del fluido.
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Bibliografa
Fsica para la Ciencia y la Tecnologa Vol. I Mecnica, oscilaciones y ondasFsica Parte I Resnick, Hollyday Editorial Cecsa
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