UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULT FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍ A LABORATORIO DE FLUIDOS E HIDRÁULICA Práctica 2 CALIBRACIÓN DEL VISCOSÍMETRO THOMAS STORMER
1 O!"#ti$%& 11 Objetivo general Trazar las rectas de calibración del viscosímetro Thomas Thomas–St –Storm ormer er utili utilizan zando do como como patrón patrón un viscosímetro electrónico.
12 Objetivos específicos •
•
Famili Familiari arizar zar al estudi estudiant antee con el uso de un viscosímetro electrónico tomando mediciones de las viscosidades dinámicas de los fluidos de calibración. laborar laborar la curva de calibració calibración n del e!uipo mecánico mecánico utilizando utilizando los registros registros de tiempo tiempo del del visc viscos osím ímet etro ro Thom Thomas as–S –Sto torm rmer er " de viscosidad del viscosímetro electrónico.
Fi.*ra 1 F*#r/a& 0*# i't#racta' #' *' )-*i+% sto se observa de acuerdo con la (e" de *e+ton de la viscosidad# el esfuerzo cortante $ τ % !ue se genera tiene una relación lineal con el gradiente de velocidad# donde la viscosidad dinámica $ µ $ µ%% representa la pendiente,
τ = μ
2 C%'c#(t%& )*'+a,#'ta-#& Vi&c%&i+a+ n los fluidos en movimiento se genera fricción entre las partículas# dando lugar a los efectos de fric fricci ción ón $vis $visco coso sos% s% con con las las pare parede dess de los los conductos por donde flu"e. n la Figura & se muestran dos placas planas paralelas separadas por una mu" pe!ue'a distancia h# el movimiento relativo produce en el fluido fluido el gradiente gradiente lineal lineal de velocidad velocidad dv/dy. dv/dy. (a velocidad disminu"e desde su má)imo valor en la superficie en contacto con la placa# hasta cero debido a la condición de no deslizamiento.
dv ( 1) dy
-l graficar τ vs vs dv/dy se puede observar una línea recta. (os fluidos en los cuales se cumple esta relación se denominan Fluidos Newtonianos. Newtonianos . or el contrario# cuando esta relación no es lineal# la viscosidad tendrá definido un valor de acuerdo al esfuerzo cortante# igual a la pendiente de la curva en ese punto. - este tipo de fluidos se les conoce como Fluidos como Fluidos No No Newtonianos $Figura Newtonianos $Figura /%. n ambos casos# la viscosidad tiene una fuerte dependencia de la temperatura " no tanto de la presión.
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Fi.*ra 2 F-*i+%& N#t%'ia'%& 3 '% N#t%'ia'%&
Fi.*ra 5 Vi&c%&6,#tr% +# ci-i'+r%& c%'c7'tric%&
n los lí!uidos la viscosidad disminu"e con la temperatura# "a !ue la distancia intermolecular promedio se incrementa ocasionando !ue la transferencia de momentum disminu"a. sta dependencia se modela de acuerdo la e)presión
n el viscosímetro Thomas–Stormer# el eje del cilindro interno está conectado a una polea !ue gira por la acción de un peso W !ue cae con velocidad constante.
μ= A e
B / T
(2 )
0onde T es la temperatura en grados 1elvin " - " 2 constantes !ue dependen del lí!uido.
M#+ici4' +# -a $i&c%&i+a+ (os viscosímetros son básicamente de dos tipos, giratorios " de tubo capilar. n esta práctica se utilizarán dos viscosímetros giratorios, uno electrónico $3iscosímetro de 2roo4flied% " otro mecánico $viscosímetro de Stormer%. n el primero# el giro del cilindro interno es generado por un pe!ue'o motor el5ctrico " la viscosidad se determina en función del tor!ue necesario para !ue el cilindro rote a una velocidad angular w $Figura 6%.
Fi.*ra 8 Vi&c%&6,#tr% T9%,a& : St%r,#r - causa de la variación de la viscosidad con la temperatura# en estos viscosímetros los recipientes !ue contienen los lí!uidos deben estar sumergidos en ba'os de temperatura constante " estar provistos con termómetros para tomar las temperaturas a las cuales se efect7an las mediciones de la viscosidad.
5 D#&cri(ci4' +# -%& #0*i(%& ara la práctica están disponibles los siguientes elementos, • •
•
8n termómetro " dos cronómetros. 0os juegos de pesas con unidades de /9# 9:# ;9 " &:: gramos. 3iscosímetro electrónico 2roo4field# . =ango de velocidades de :.6 a &::
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'
•
=<# e)actitud de ?:.&@ " precisión del :./@ del rango utilizado $Figura 9a%. 0os viscosímetros mecánicos Thomas– Stormer con sus respectivos tacómetros $Figura 9b%.
Fi.*ra = C*r$a& +# ca-i!raci4'
8 Pr%c#+i,i#'t% (ea cuidadosamente las instrucciones siguientes antes de proceder al desarrollo de la práctica,
Fi.*ra ; Vi&c%&6,#tr%& +# -a (ráctica
a =egistre las lecturas de viscosidad para cada
Vi&c%&6,#tr% T9%,a& < St%r,#r
!
ste viscosímetro permite obtener la magnitud de la viscosidad dinámica en centipoises de una gran variedad de lí!uidos como, aceites# pinturas# lacas# soluciones de glucosa# pulpas# pastas# entre otras.
c
l objetivo es medir el tiempo !ue toma el cilindro interno en girar &:: revoluciones para un peso dado# lo cual es directamente proporcional a la viscosidad.
+
#
-l construir gráficas t vs. µ para diferentes pesos# se obtendrán rectas con diferentes pendientes $Figura A%. l objetivo es encontrar la e)presión µ=ƒ(t) para cada peso# !ue permitirá determinar la viscosidad,
μ= K w T ( 3 )
) .
0onde K w es la constante característica del medidor para cada peso.
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fluido de calibración !ue proporciona el viscosímetro electrónico.
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; I')%r,# +# -a!%rat%ri% l informe debe contener los siguientes puntos,
*ombre Dntroducción Objetivos 0escripción detallada de la práctica =esponda las siguientes preguntas,
• • • • •
Eu5 es viscosidadG Eu5 tipos de viscosidad e)istenG ECuáles son sus dimensiones " unidadesG Eara !u5 es 7til medir la viscosidad en la realidadG
0atos " cálculos,
•
Hrafi!ue las rectas de calibración con base en los tiempos " viscosidades obtenidas para los fluidos de calibración en ambos viscosímetros.
• • •
0etermine la constante del e!uipo para cada peso con base en la pendiente de cada recta " determine µ en función del tiempo. cuación $6%. Compare los valores de viscosidad obtenidos con el viscosímetro electrónico con valores publicados en la Dnternet. Eor !u5 es importante anotar la temperatura en la pruebaG ECómo podría afectar sobre la calibración# una cuerda mal enrolladada sobre el tamborG -nálisis de resultados. Conclusiones. 2ibliografía.
= R#)#r#'cia& SI-8HI*SSJ# d+ard. Dntroduction to Fluid
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