FLUIDOS
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CONCEPTOS BÁSICOS DE HIDRÁULICA PARA BOMBEROS
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Para vencer la fricción entre placas será necesario aplicar una fuerza F. Dado que la fricción entre capas esta relacionada con la viscosidad, se demuestra que esta fuerza es una medida de la fricción inter- na del fluido, ya que la misma es proporcional a la superficie de la placa móvil S y al gradiente de velo- cidad34. La proporcionalidad entre esta fuerza y el gradiente se denomina coeficiente de viscosidad diná- mica (µµ):
El coeficiente se mide en unidades del sistema internacional en Pa·s, pero aún se emplea una unidad denominada poise que tiene la siguiente equivalencia:
Poise = 100 centiposises = 1 g/(cm·s) = 0,1 Pa·s
El término ττ(F/S) se denomina tensión tangencial o esfuerzo cortante, por lo que la viscosidad diná-
mica es la medida de la resistencia interna que tiene un fluido ante un esfuerzo cortante.
Debido a su naturaleza, la mayoría de los fluidos no varían su viscosidad al variar el esfuerzo cortan- te. Son los llamados fluidos newtonianos. En estos, el grado de desplazamiento de las capas de líquido es proporcional a la fuerza que se aplica. Existen otros fluidos que se denominan no-newtonianos, como
son los fluidos plásticos o de Bingham, los cuales no fluyen mientras que la fuerza que se les aplica no supere un cierto umbral. Una vez superado el mismo, el desplazamiento conseguido es proporcional a la fuerza aplicada, por ejemplo la pasta de dientes, que no fluye del tubo hacia el exterior hasta que por apretar se sobrepasa un cierto esfuerzo.
En los fluidos pseudoplásticos, no aparece ningún
umbral, pero el desplazamiento conseguido no es proporcional a la fuerza, sino que aumenta en una proporción mucho mayor. En los fluidos dilatantes la viscosidad aumenta al aumentar la fuerza aplicada. Es como si el fluido fuera frenándose al aplicar la fuerza. En los fluidos tixotrópicos, en estos la visco- sidad va disminuyendo al aplicar una fuerza y acto seguido vuelve a aumentar al cesar la fuerza. El efec- to contrario se conoce como reopexia, un ejemplo de este tipo es la grasa empleada en la lubricación.
Pero en la práctica, sobre todo en el empleo de los aceites para lubricación, interesa otro tipo de viscosidad, que se conoce como viscosidad cine- mática que representa la resistencia a fluir de un
fluido bajo la acción de la gravedad. Se define el cociente de viscosidad cinemática (ν) como:
34Por gradiente entendemos como varía la velocidad con la distancia. Si decimos que varía linealmente, como ocurre con la mayoría de los fluidos, su valor es V/D.
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Donde µes el coeficiente de viscosidad dinámica y ρla densidad, todo ello medido a la misma tem- peratura. La viscosidad cinemática puede definirse como el tiempo requerido por un volumen dado de fluido en fluir a través de un tubo capilar por acción de la gravedad, de hecho este es el método emple- ado para medir esta magnitud. El coeficiente de viscosidad dinámica se mide en las unidades del siste- ma internacional en m2/s, pero aún se emplea una unidad denominada stoke que tiene la siguiente equivalencia:
Stoke = 100 centistokes = 1 cm2/s = 0,0001 m2/s
La viscosidad cinemática es la que aparece comercialmente en las características de todos los lubricantes.
De los expuesto se deduce que dos sustancias puede tener la misma viscosidad dinámica, pero la más densa tendrá una menor viscosidad cinemática y por lo tanto se deslizará mucho mejor, que la de menor densidad, ya que las fuerzas gravitacionales, es decir el peso, son mayores que las fuerzas de rozamien- to interno. Cuando aumenta la temperatura de cualquier sustancia (especialmente en líquidos y gases), sus moléculas adquieren mayor movilidad y su cohesión disminuye. Así pues la viscosidad varía con la temperatura, aumentando cuando baja la temperatura y disminuyendo cuando se incrementa.
En la siguiente tabla se ven los valores de la viscosidad dinámica y cinemática, así como la densidad de algunos fluidos. Fluido µµ(Pa · s) ρρ(Kg./m3) νν(m2/s) Aire 1,8 10-5 1,20 1,21 10-5 Agua 1,0 10-3 1.000 1,01 10-6 Gasolina 2,9 10-4 680 4,27 10-7 Aceite SAE 30 0,26 933 2,79 10-4 Glicerina 1,5 1.263 1,19 10-3
El agua al atravesar el rodete de una bomba, como el mostrado en la figura, posee un movi- miento que se compone de la suma de dos velo- cidades, una debida al arrastre del agua por el rodete y otra que representa la velocidad relati- va del agua respecto al rodete, es decir, como si estuviera en reposo.
La velocidad de arrastre es lo que denomina- mos velocidad lineal (u) cuya rapidez es igual a la velocidad angular (ω) (número de revolucio- nes por minuto) multiplicado por el radio de giro. Por lo tanto aumenta entre la entrada del rodete y la salida, ya que aumenta el radio de giro entre R1y R2.
En cuanto a la velocidad relativa (w), en este
caso disminuye su rapidez ya que, el agua entra por AB y sale por A’B’, si tenemos que la altura del rodete a la entrada es b1 y a la salida es b2. La sección que atraviesa el agua a la entrada y a la sali- da será respectivamente:
S1= AB · b1 S2 = A’B’ · b2.