‘‘AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN DEL MAR DE GRAU’’
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
MECANICA DE FLUIDOS I
TEMA: VISCOSIMETRO DE BOLA
TOPIC: VISCOMETER OF BALL
CICLO: V DOCENTE: EDGAR PAZ PEREZ
INTEGRANTES: INFANTE ACUÑA NEIDER MEJIA ALAYO ALEJANDRO FRANKLIN MELÉNDEZ CALDERÓN STACY ORTIZ MAMANI JUAN
ULADECH – 2016 2016
ÍNDICE PORTADA ÍNDICE
I.INTRODUCCIÓN II.OBJETIVO GENERAL III.OBJETIVÓ ESPECÍFICO IV.FLUIDOS V.VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS VI.VISCOSÍMETRO DE BOLA
VII.VISCOSÍMETRO DE BOLAS. LEY DE STOKES VIII.CONCLUSIONES IX.REFERENCIAS
INTRODUCCIÓN La necesidad de entender nuestro mundo ha llevado al ser humano a desarrollar nuevas técnicas que le permitan interpretar mejor los conocimientos que adquiere mediante la observación, e incluso la tecnología ha permitido analizar la naturaleza sin la intervención del hombre. Esto se debe a que el ser humano no tiene la capacidad de medir ciertos fenómenos por sus propias limitaciones. Uno de los parámetros más importantes a medir dentro de la industria es la viscosidad, la cual además de ser una variable de gran influencia en las mediciones de flujo de fluidos, se usa como punto de referencia en la formulación de nuevos productos facilitando la reproducción de la consistencia de un lote a otro. Para poder medir este parámetro se han desarrollado diversos equipos, cuyo mecanismo determina el alcance que tiene para comparar diversos fluidos. El viscosímetro de caída de bola emplea una técnica muy simple; sin embargo es muy exacta en comparación con otros dispositivos y es muy fácil de utilizar. Su principal desventaja radica en que la medición de la viscosidad depende de la intervención humana, pues el tiempo de caída de la bola se determina mediante un cronómetro manual y las capacidades visuales del observador. Otra desventaja que tiene este medidor (e incluso otros viscosímetros que emplean una técnica diferente) es que no cuenta con una conexión hacia la computadora ni el programa que permita analizar e interpretar los resultados obtenidos, lo cual es muy importante dentro de la investigación y el desarrollo de la ciencia.
OBJETIVO GENERAL Definir los conceptos importantes que permitan entender mejor las funciones de un viscosímetro de bola.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Definir el concepto de fluidos y viscosímetro de bola.
Definir que es la viscosidad.
Deducir la fórmula de Stokes de la viscosidad
FLUIDOS Los fluidos son aquellos cuerpos cuyas moléculas tienen poca coherencia entre sí, tomando la forma del recipiente que los contiene. Los fluidos se clasifican en dos tipos: -
Fluidos newtonianos: son aquellos que fluyen a través de un recipiente sin que se les aplique una fuerza externa por área 2.
-
Fluidos no newtonianos: requieren un valor mínimo de τ para iniciar el escurrimiento.
Existen varios casos de fluidos no newtonianos. El estudio de las propiedades de deformación de las sustancias en función de los esfuerzos que a ellas se les aplican se denomina Reología. Los fluidos, como todos los materiales, tienen propiedades físicas que permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento así como distinguirlos unos de otros. Características como la viscosidad, tensión superficial y presión de vapor, sólo se pueden definir en los líquidos y gases.
VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS.
La viscosidad es una propiedad físico-química de los fluidos y representa la resistencia que presentan los fluidos al fluir. Los fluidos reales muestran una amplia diversificación de resistencia a los esfuerzos cortantes.
La viscosidad es una de las propiedades más importante de un lubricante. De hecho buena parte de los sistemas de clasificación de los aceites están basados en ésta propiedad por lo tanto la viscosidad es una especificación de primer orden en los aceites lubricantes, ya que condiciona las cualidades requeridas para la lubricación.
La viscosidad es una de las principales características de los combustibles líquidos que determina el método de las operaciones de llenado y vaciado, las condiciones de transporte y bombeo, la resistencia hidráulica durante el transporte por tuberías y el trabajo efectivo de los quemadores.
Un gráfico del comportamiento de algunos materiales típicos en función de la viscosidad se incluye en la figura 1.1.
FIGURA 1: comportamiento de un fluido viscoso En esta gráfica puede observarse las diferencias que existen entre los diversos fluidos con respecto a su viscosidad: -
Flujo ideal, en el cual la viscosidad se puede considerar despreciable. Flujo newtoniano, la viscosidad es constante. Flujo plástico, en el cual es necesario un esfuerzo de corte inicial para que comience a fluir. Este es el caso típico de las pinturas de aceite. Fluido dilatante. En éstos la viscosidad aumenta con la taza de deformación.
La viscosidad η (dinámica o absoluta) deberá tener dimensiones de fuerza– tiempo/
(longitud)2 o masa/ (longitud. Tiempo). Se utilizan ambos grupos dimensionales, aunque para la mayoría de los trabajos científicos, las viscosidades se expresan en poises y centipoises.
VISCOSÍMETRO DE BOLA Consiste en un recipiente que contiene un fluido viscoso. Su funcionamiento se basa en introducir una pequeña esfera dentro del recipiente, la cual parte del reposo y rápidamente alcanza la velocidad límite 6. El tiempo que le toma recorrer la distancia L determina la viscosidad del fluido. Las variables que intervienen en el proceso de medición son: 1
Densidad de la esfera sólida.
2
Densidad del líquido.
L
Longitud que cae la esfera en un tiempo t.
V0
Velocidad límite de la esfera.
Este tipo de instrumentos se utiliza principalmente en los sectores siguientes: -
Industria de aceites minerales (aceites, líquidos hidrocarbonos).
-
Industria alimentaria (soluciones de azúcar, miel, cerveza, leche, gelatina, zumos de frutas).
-
Industria química (soluciones de polímeros, disolventes, soluciones de resinas, dispersiones de látex, soluciones adhesivas).
-
Industria cosmética/farmacéutica (materias primas, glicerina, emulsiones, suspensiones, soluciones, extractos).
-
Industria petrolera (crudo, aceite para máquinas, petróleo).
-
Carburantes (petróleo, aceite diésel y parafina).
-
Industria papelera (emulsiones, dispersiones de pigmentos, aditivos del papel).
-
Pinturas y barnices (tinas para impresión, barnices, acuarelas, tintas).
Figura 2: viscosímetro de bola
VISCOSÍMETRO DE BOLAS. LEY DE STOKES Stokes estudió el flujo de un fluido alrededor de una esfera para valores del número de Reynolds ( ) Muy pequeños (de orden 1 o menores) y encontró que la fuerza de arrastre ejercida sobre la esfera por el flujo de fluido alrededor de ella vale: E
R
R = 3π DµV
(1)
Dónde: R: fuerza viscosa resistente D: diámetro µ: viscosidad dinámica V: velocidad límite de la bola en el fluido
.
W
La aplicación de la fórmula de Stokes es útil en la resolución de problemas de muy bajo Reynolds, por ejemplo: en la sedimentación de partículas de polvo. Al caer una esfera de un fluido en reposo, debe tenerse en cuenta que al alcanzar una velocidad de caída constante, la fuerza de empuje hidrostática más la fuerza de arrastre o resistencia debe ser igual al peso, es decir: W = R + E
(2)
R =W − E
(3)
W = ρ s g Vol
(4)
E = ρ l g Vol
(5)
donde W : peso del cuerpo R : fuerza viscosa resistente E : empuje de Arquímedes así pues: dónde : ⋅
⋅
ρS : densidad del sólido ρl : densidad del líquido
⋅
⋅
Vol : volumen del cuerpo
(6)
(7)
3
D
π
E =
⋅
g ρl
6
⋅
⋅
(8)
la ecuación quedará: 3
R =
π
D
g
⋅
⋅
( ρ s − ρl )
⋅
6 igualando la ecuación de Stokes: 3π DµV =
π
3
D
⋅
6
g
⋅
( ρ s − ρl )
⋅
(9)
despejando la viscosidad dinámica, obtenemos :
La bola desciende con velocidad V constante. Haciendo (V=e/t) tenemos:
(10)
CONCLUSIONES - Concluimos que mediantes el viscosímetro de bola se puede conocer cómo encontrar la viscosidad de los fluidos. - Pudimos conocer en qué sectores de la industria se utiliza el viscosímetro. - Se pudo conocer que mediantes la ley de Stokes se puede analizar la viscosidad de los fluidos basados en otras leyes que se presenta en la caída de una bola utilizado en el viscosímetro.
REFERENCIAS -
FERNANDEZ LARRAÑAGA, Bonifacio. Introducción a la Mecánica de Fluidos. 2ª. Edición. México, Alfa Omega; 1999.
-
MUNSON, Bruce Roy; YOUNG, Donald F.; OKIISHI, Theodore H. Fundamentos de Mecánica de Fluidos. 1ª. Edición. México, Limusa; 1999.
-
Widman internacional SRL - Viscosidad (seriada en línea),Bolivia; 2015( citada 5 de abril 2016); Url disponible en:
http://www.widman.biz/Seleccion/Viscosidad/viscosidad.html
