Viscosidad y Presión

Viscosidad 

Es una propiedad de los fluidos equivalente al concepto de espesor, es decir, a la resistencia que tienen ciertas sustancias para fluir, para sufrir deformaciones graduales producto de tensiones cortantes o tensiones de tracción.

Todos los fluidos poseen viscosidad (excepto los fluidos ideales o superfluidos), debido a las colisiones entre sus partículas que se mueven a diferentes velocidades. Así, cuando el fluido es obligado a moverse, dichas partículas generan resistencia de fricción, retardando o impidiendo el desplazamiento.

Viscosidad dinámica

Conforme un fluido se mueve, dentro de él se desarrolla un esfuerzo cortante, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. Se define el esfuerzo cortante, denotado con la letra griega T (tau), como la fuerza que se requiere para que una unidad de área de una sustancia se deslice sobre otra. Entonces, T es una fuerza dividida entre el área, y se mide en unidades de N/m2 (Pa) o lb/pie2. En fluidos como el agua, el alcohol u otros líquidos comunes, la magnitud del esfuerzo cortante es directamente proporcional al cambio de la velocidad entre las posiciones diferentes del fluido.

El concepto de cambio de velocidad en un Huido con el esquema de una capa delgada de fluido entre dos superficies, una de las cuales es esta- 4 donaría, en tanto que la otra está en movimiento. Una condición fundamental, cuando un fluido real está en contacto con una superficie de frontera, es que el fluido tenga la misma velocidad que ésta.

El hecho de que el esfuerzo cortante en el fluido sea directamente proporcional al gradiente de velocidad se enuncia en forma matemática así:

donde a la constante de proporcionalidad n (letra eta, en griego) se le denomina viscosidad dinámica del fluido. En ocasiones se emplea el término viscosidad absoluta.

Viscosidad Cinematica:

Muchos cálculos de la dinámica de fluidos involucran la razón de la viscosidad dinámica en la densidad del fluido.

Fluidos no newtonianos y newtonianos

Es importante saber si un fluido es newtoniano o no newtoniano. A cualquier fluido que se comporte de acuerdo con la ecuación se le llama fluido newtoniano. La viscosidad n sólo es función de la condición del fluido, en particular de su temperatura. La magnitud del gradiente de velocidad Au/Ay no tiene ningún efecto sobre la magnitud n. A los fluidos más comunes como el agua, aceite, gasolina, alcohol, keroseno, benceno y glicerina, se les clasifica como newtonianos. Consulte en los apéndices A-E los datos de viscosidad del agua, de otros fluidos newtonianos, del aire y de otros gases. A la inversa, a un fluido que no se comporte de acuerdo con la ecuación se le denomina fluido no newtoniano. La viscosidad del fluido no newtoniano depende del gradiente de velocidad, además de la condición del fluido.

Viscosidad en polímeros líquidos

Los polímeros son objeto de estudios industriales debido a su importancia en el diseño de productos, manufactura, lubricación y cuidado de la salud. En definitiva, no son newtonianos, y para describir su comportamiento se necesita cierta terminología adicional de viscosidad.

Variación de la viscosidad con la temperatura

La variación de la viscosidad de un fluido con la temperatura. Por lo general, es muy difícil hacer que el aceite para motores escurra si está frío, lo que indica que tiene viscosidad elevada. Conforme aumenta la temperatura del aceite, su viscosidad disminuye en forma notable.

Presión

Se conoce como presión a una magnitud física escalar representada con el símbolo p, que designa una proyección de fuerza ejercida de manera perpendicular sobre una unidad de superficie; dicho de otro modo, representa el modo de aplicar una fuerza resultante sobre una línea.

La presión relaciona una fuerza de acción continua y una superficie sobre la cual actúa, por lo cual se mide en el Sistema Internacional (SI) en pascales (Pa), equivalentes cada uno a un newton (N) de fuerza actuando sobre un metro cúbico (m3) de superficie. En el sistema inglés, en cambio, se prefiere la medida de libras (pounds) por pulgadas (inches).

Presión absoluta y manométrica

Al hacer cálculos que involucren la presión de un fluido, se deben efectuar en relación con alguna presión de referencia. Es normal que la atmósfera sea la presión de referencia. Así, la presión que arroja la medición del fluido se llama presión manométrica. La presión que se mide en relación con un vacío perfecto se denomina presión absoluta. Tiene importancia extrema que se conozca la diferencia entre estas dos maneras de medir la presión, para poder convertir una en la otra.

Relación entre la presión y la elevación

Quizá esté familiarizado con el hecho de que conforme se sumerge en un fluido, una alberca por ejemplo, la presión se incrementa. Existen circunstancias en las que es importante saber cómo varía la presión con un cambio en la profundidad o elevación. En este libro, el término elevación significa la distancia vertical entre un nivel de referencia y un punto de interés que se denotará como z. Un cambio en la elevación entre dos puntos se llama h. La elevación siempre se mide en forma positiva en dirección hacia arriba. En otras palabras, un punto más elevado tiene una elevación mayor que otro más bajo.

El nivel de referencia puede ser cualquiera, donde se muestra a un submarino bajo el agua. En la parte (a) de la figura, se toma como referencia el fondo del mar, mientras que en la parte (b), el nivel de referencia es la posición del submarino. Debido a que los cálculos de la mecánica de fluidos por lo general toman en cuenta las diferencias de elevación, es aconsejable que se elija al punto más bajo de interés en un problema como el nivel de referencia, a fin de eliminar el uso de valores negativos para z- Esto tendrá importancia-especial más adelante. En un líquido homogéneo en reposo el cambio de presión, debido a un cambio en la elevación.

Líquidos

Se considera que un líquido es incompresible. Así, su peso específico y es constante. Esto permite que y salga del signo de la integral de la ecuación.

Demostracion de la viscosidad

Fuente:

Guerrero, P. [Ed.]. (2011), Mecánica de fluidos, México, editorial: Pearson Educación.