En física, mecánica y otras áreas de la ciencia, la velocidad de cizallamiento es la velocidad temporal a la que se aplica una deformación por cizallamiento progresiva a un material, provocando el cizallamiento del mismo. La velocidad de cizallamiento tiene una dimensión de velocidad/distancia, (L/T)/L lo que se simplifica a recíproco del tiempo.
Cizallamiento simple La velocidad de cizallamiento para un fluido que fluye entre dos placas paralelas, una que se mueve a velocidad constante y la otra estacionaria (flujo de Couette), se define por
donde:
es la velocidad de cizallamiento, medida en recíprocos de segundos; es la velocidad de la placa en movimiento, medida en metros por segundo; (m/s) es la distancia entre las dos placas paralelas, medida en metros. (m)
O bien:
En el caso del cizallamiento simple, se trata simplemente de un gradiente de velocidad en un material en movimiento. La unidad SI de medida de la velocidad de cizallamiento es s−1, expresada como «recíprocos de segundo» o «inversos de segundo». Sin embargo, al modelar fluidos en 3D, es habitual considerar un valor escalar para la velocidad de cizallamiento calculando el segundo invariante del tensor de velocidad de deformación
.
La velocidad de cizallamiento en la pared interior de un fluido newtoniano que fluye por una tubería es
donde:
es la velocidad de cizallamiento, medida en segundos recíprocos; es la velocidad lineal del fluido; es el diámetro interior de la tubería.
La velocidad lineal del fluido está relacionada con el caudal volumétrico mediante
donde es el área de la sección transversal de la tubería, que para un radio interior de la tubería de viene dada por
lo que da lugar a
Sustituyendo lo anterior en la ecuación anterior para la velocidad de cizallamiento de un fluido newtoniano que fluye por una tubería, y teniendo en cuenta (en el denominador) que :
lo que se simplifica a la siguiente forma equivalente para la velocidad de cizallamiento en la pared en términos del caudal volumétrico y el radio interior de la tubería :
Para una pared de fluido newtoniano, la tensión de cizallamiento () puede relacionarse con la velocidad de cizallamiento mediante donde es la viscosidad dinámica del fluido. Para fluidos no newtonianos, existen diferentes leyes constitutivas dependiendo del fluido, que relacionan el tensor de tensión con el tensor de velocidad de cizallamiento. Referencias
Categoría:Mecánica de medios continuos