Universidad de la Serena Laboratorio Mecánica de fluidos I L-5
Laboratorio 1: Viscosidad Rodrigo Fabián González Díaz
Introducción: El concepto nació con newton cuando en su obra “Philosophia “Philosophia e Naturalis. Naturalis. Principia matemática” afirmo que la resistencia ejercida, y que surge a partir de una falta en el deslizamiento de un fluido, si el resto de factores se mantienen, es proporcional a la velocidad a la que las partes de un fluido son separadas entre sí. De este modo, se establece la proporcionalidad existente entre el esfuerzo por unidad de área (F/A) necesario para producir un gradiente de velocidad en un fluido, siendo la constante de proporcionalidad un factor que describe “la capacidad de deslizamiento de un fluido”.
Resumen: En este informe veremos la manera con la cual se determina la viscosidad de un fluido a través del instrumento llamado viscometro rotativo. Por otro lado veremos el comportamiento de un fluido con distintos pesos. Y estudiaremos cómo se comporta la viscosidad a medida que se aplica un aumento aumento en la temperatura del fluido. Para cada experiencia usaremos 5 datos distintos los que luego serán tabulados y graficados.
Marco teórico: FLUIDO: Un fluido es un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas hay una fuerza de atracción débil. Este se deforma continuamente cuando se le aplica una fuerza de corte tangencial. Esto quiere decir que frente a cualquier fuerza de corte aplicada, por muy mínima que sea, el material sufrirá una deformación, sin volver a su estado original incluso luego de retirada la fuerza. La principal característica de los fluidos es que la velocidad a la que se desplazan depende de sus características físicas, por lo que diferentes fluidos se desplazan a distintas velocidades.
surgirá al girar entre ellas debido a la viscosidad del fluido puede relacionarse con el toque requerido para provocar el giro. Del análisis de las condiciones geométricas del viscosímetro pueden encontrarse otras relaciones que ayuden a obtener la viscosidad en función de distintas dimensiones del mismo. En esta experiencia usaremos un viscosímetro didáctico cenco modelo 74235 denominado viscosímetro cinemática Cenco.
VISCOSIDAD: Es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento. La viscosidad en una propiedad que depende de la actividad molecular de las sustancias. Como esta actividad depende de la temperatura, en general, la viscosidad de un mismo fluido puede variar a diferentes temperaturas.
FLUIDO NEWTONIANO: Es aquel fluido en el que su gradiente de velocidad aumenta de forma directamente proporcional con el esfuerzo, es decir, su viscosidad es constante.
Representación de viscosímetro rotatorio.
INSTRUMENTOS UTILIZADOS:
Termómetro
Pie de metro
Cronometro
Viscosímetro rotatorio Cenco 74235
Conjunto de pesas 20,30,50,70,120 gr
Aceite de motor SAE-40
Cuerda para sostener las pesas.
DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA:
FLUIDO PLASTICO: Es aquel que se deforma
Experiencia 1:
indefinidamente esfuerzo inicial.
Determinación del coeficiente de corrección “e”
una
vez
que
supera
cierto
FLUIDO PSEUDOPLÁSTICO: En un principio se comporta igual que uno newtoniano, pero luego el esfuerzo requerido para deformar el fluido se va haciendo constante.
VISCOSIMETRO
ROTATORIO:
Un viscosímetro es un instrumento para calcular la viscosidad de un fluido. En el viscosímetro rotatorio, el fluido se coloca entre dos superficies que se mueven a velocidades diferentes, girando en torno a un eje común. El esfuerzo de corte que
Como primera experiencia, calcularemos el coeficiente “e”, “e”, el cual simboliza el efecto del roce de fluido con la parte baja del cilindro rotativo, el roce de los cojinetes y otras fuentes de disipación de energía. Para hallar este valor usaremos el viscosímetro mencionado anteriormente, al cual se le puso un peso de 20 gr para las 5 mediciones que se realizaron. A medida que se realizaban las mediciones, se agregaba aceite y se medía su nivel con el pie de metro, para luego medir el tiempo que demoraba en
desenrollarse la cuerda que sostenía el peso al dejarlo caer. Los datos recopilados son mostrados en la siguiente tabla:
Y así, ingresando los datos en la ecuación de viscosidad, se tiene a siguiente tabla:
Medida
Longitud
Tiempo
Masa
[mm]
[Segundos]
[Gramos]
μ [Poise]
Masa
Tiempo
Longitud
1
96,35
19,71
20
0,022487
[Gramos]
[Segundos]
[mm]
2
96,35
13,06
30
0,02235
1
20
1,77
13,3
3
96,35
7,9
50
0,022532
2
20
4,385
29,5
4
96,35
5,83
70
0,02328
3
20
8,955
48,9
5
96,35
3,51
120
0,024027
4
20
13,84
68,85
5
20
19,71
96,35
Medida
En donde el promedio de la viscosidad es μ=0.0229352 [poise]
Ahora podemos observar el grafico l/t: Ahora, graficando Tiempo v/s 1/masa:
Luego, aplicando una regresión lineal podemos con los datos anteriores encontrar el valor de “e” L=0.2211*T – L=0.2211*T – 1.63 1.63 Si t= 0 L=e= -1.63
Experiencia 2: Determinación de la viscosidad de un fluido mediante la ecuación:
Experiencia 3: Como afecta la temperatura a la viscosidad (μ) En esta experiencia se mantuvo el peso de 20 gr y la cantidad de aceite de 96.35 mm constantes. Para ir variando la temperatura y tomar el tiempo que tardaba en bajar completamente el peso para así observar si la temperatura afectaba a la viscosidad. Los datos recopilados son mostrados en la siguiente tabla:
Además, se tiene los viscosímetro rotatorio:
siguientes
datos
del
Masa
Tiempo
Temperatur
[Gramos]
[Segundos]
a [°c]
1
20
19,71
19
0,022487
Medida
μ [Poise]
Datos
[mm]
2
20
8,82
32
0,010063
a
25,2
3
20
6,79
37
0,007747
b
30
4
20
4,19
50
0,00478
k
16,5
5
20
3,27
55
0,003731
s
1000
Ahora graficando la viscosidad v/s temperatura, se tiene:
Conclusiones: En la primera experiencia observamos que a medida que aumentamos la cantidad de aceite en el viscosímetro, aumento el tiempo que demoraba en caer el peso, lo que implica que el roce entre los cilindros era mayor. En la segunda experiencia se observó que al aumentar la masa disminuye el tiempo de caída notoriamente. Además cuando se calculó la viscosidad para cada peso observamos que los datos resultantes eran semejantes o variaban muy poco, por lo que me arriesgaría a decir que es casi constante y que se comportaría como un fluido Newtoniano. Por último, en la tercera experiencia podemos observar que a medida que aumentaos la temperatura la viscosidad disminuye, por lo que diremos que estas son inversamente proporcionales.
Bibliografía: https://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/3623/1/te ma2RUA.pdf Cuaderno de mecánica de fluidos 1 2014. Frank M. White-Fluid Mechanics.
