UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFECIONAL PROFECIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
UNIVERCIDAD NACIONA DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA
Escuela académico Profesional de Ingeniería Civil ENSAYO DE LABORATORIO: VISCOSIDAD DE FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS
INFORME: No 1
CURSO: MÉCANICA DE FLUIDOS I
CICLO: V
DOCENTE: ING. JANET ELIZABETH ÁLVARES LLANOS
ALUMNOS: AYAY ISPILCO RICARDO BUSTAMANTE CHÁVEZ YOVER IVAN GUEVARA TAMAY GUSTAVA MADINA HERRERA LEINER MEDINA RAFAEL JAIME Cajamarca, 30 de enero del 2018
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFECIONAL PROFECIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ÍNDICE 1. Portada 2. Índice 3. Objetivos Principal secundarios 4. Metodología y procedimiento 5. Marco teórico 6. Práctica laboratorio 7. Resultados 8. Discusiones de resultados 9. Conclusiones y recomendaciones recomendaciones 10. Bibliografía 11. Anexos
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFECIONAL DE INGENIERÍA CIVIL OBJETIVOS GENRAL:
Determinar el comportamiento de los fluidos Newtonianos y no Newtonianos, al ensayo de viscosidad.
ESPECÍFICOS:
Analizar el comportamiento al ensayo de viscosidad de un fluido Newtoniano (miel de caña). Experimentar el comportamiento de un fluido no newtoniano (pasta de yeso) al ensayo de viscosidad.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFECIONAL DE INGENIERÍA CIVIL METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO
Método del viscosímetro con miel Materiales:
Miel de caña
Viscosímetro
Cronometro
Wincha
Procedimiento: 1. Se pasa la miel por el tubo del viscosímetro. 2. Se mide el ángulo de inclinación en la cual se va a trabajar con el viscosímetro.
3. El cilindro se coloca en la parte superior y se suelta tomando el tiempo y el desplazamiento de este hasta llegar a la parte inferior.
Método de viscosidad del yeso: Materiales: Yeso
Recipiente de vidrio
Agua
Cronómetro
Wincha
Procedimiento: 1. Se mezcla el yeso con agua hasta obtener una pasta. 2. Luego el recipiente de vidrio se coloca de forma inclinada midiendo su ángulo de inclinación 3. Se coloca la pasta de yeso en la parte superior midiendo el tiempo y el desplazamiento de este hasta llegar a la parte inferior. 4. Se realizará tres veces la misma practica tomando los intervalos de tiempo en que se hace cada practica con la finalidad de medir la viscosidad del yeso conforme fragua.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFECIONAL DE INGENIERÍA CIVIL MARCO TEÓRICO
Definición de fluido: Los fluidos son sustancias capaces de fluir y que se adaptan a la forma de los recipientes que los contienen. Cuando están en equilibrio, los fluidos no pueden soportar fuerzas tangenciales o cortantes. Todos los fluidos son comprensibles en cierto grado y ofrecen poca resistencia al cambio de forma.
Fluidos newtonianos y no newtonianos: El hecho de que en cada punto de un fluido en movimiento exista un esfuerzo cortante y un gradiente de velocidad, sugiere que estas magnitudes pueden relacionarse. La Reología es la rama de la ciencia que estudia esta dependencia.
Fluido newtoniano, la viscosidad es independiente del gradiente de velocidad, y puede depender sólo de la temperatura y quizá de la presión. Para estos fluidos la viscosidad dinámica es función exclusivamente de la condición del fluido. La magnitud del gradiente de velocidad no influye sobre la magnitud de la viscosidad dinámica. Los fluidos newtonianos son la clase más grande de fluidos con importancia ingenieril. Los gases y líquidos de bajo peso molecular generalmente son fluidos newtonianos. Así, se denominan fluidos newtonianos a aquellos en los que la viscosidad es inherente a la naturaleza fisicoquímica de los mismos, y por tanto independiente del esfuerzo cortante aplicado. De esta forma, la viscosidad es una constante en la ley de Newton de la viscosidad. La viscosidad de los fluidos newtonianos variará en función de su presión y temperatura, siendo sus unidades en el SI de Pa·s, aunque es frecuente utilizar la unidad del sistema CGS, el poise. Son newtonianos la mayoría de los líquidos con estructura química simple y la totalidad de los gases.
El fluido no newtoniano es aquel donde la viscosidad varía con el gradiente de velocidad. La viscosidad el fluido no newtoniano depende de la magnitud del gradiente del fluido y de la condición del fluido. Para los fluidos no newtonianos, la viscosidad se conoce generalmente como viscosidad aparente para enfatizar la distinción con el comportamiento newtoniano. Son fluidos no-newtonianos aquellos que no cumplen la Ley de Newton de la viscosidad. Así la viscosidad de un fluido no-newtoniano no existe como tal, ya que esta depende del valor que tenga el esfuerzo cortante y por tanto no es una constante.
Fluidos no newtonianos dependientes del tiempo:
Existen otro tipo de fluidos que son más complejos que los vistos y cuya viscosidad aparente depende no solo de la velocidad de deformación, sino también del tiempo durante el cual actúa la tensión tang encial τ. Se los clasifica en dos grupos principales: • Fluidos tixotrópicos • Fluidos reopécticos.
Fluidos reopécticos Los fluidos reopécticos se comportan en forma parecida a los tixotrópicos, pero en ellos la variable η tiene un incremento con la vel ocidad de deformación similarmente a la de un fluido delatante en su fase inicial de deformación hasta alcanzar un valor límite donde
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFECIONAL DE INGENIERÍA CIVIL τ comienza a disminuir con γ . En la Fig. se puede ver la curva τ = f (γ) típica de un fluido reopéctico. Un ejemplo de fluido reopéctico es el espesamiento de la clara de huevo por efecto de la agitación, aunque quizá la clara de huevo no es un verdadero fluido reopéctico. Otras sustancias tienen propiedades reopécticas inicialmente, pero la pierden para altas tensiones tangenciales, volviéndose tixotrópicos.
Propiedades de los fluidos: Viscosidad de un fluido: La viscosidad de un fluido es aquella propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes. La viscosidad se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas de un fluido. Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir. Es por ello por lo que, llenado un recipiente con un líquido, la superficie del mismo permanece plana, es decir, perpendicular a la única fuerza que actúa en ese momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna.
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Esto indica que la velocidad con que se desplaza la placa superior es proporcional a la fuerza aplicada, y fue un principio descubierto por Newton.
En un fluido ideal la viscosidad es cero μ = 0 En un fluido real la viscosidad toma un valor finito μ > 0 En un sólido la viscosidad tiende al infinito μ ≈
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ENSAO EN EL LABORATORIO A) VISCOSIMETRO DE UN FLUIDO NEWTONIANO (MIEL DE CAÑA)
Materiales o
Una mesa.
o
Viscosímetro.
o
300 ml de miel de caña.
o
Cinta métrica.
o
Wincha.
o
Una botella plástica de jabón.
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Procedimiento o
Limpiamos la mesa.
o
Pasamos 1ml de miel de caña sobre el viscosímetro.
o
Medimos las dimensiones del viscosímetro.
o
Medimos el ángulo de inclinación.
o
Dejamos resbalar el trozo de hierro por la parte del viscosímetro, vayamos midiendo los tiempos.
TABLA N°1: VELOCIDAD DE LA MIEL TIEMPO1(s) TIEMPO1(s) TIEMPO1(s) PROMEDIO VELOCIDAD(m/s) 130.7 132.20 150.71 137.87 0.002394
Hallando el ángulo ɤ:
ɤ = arcoseno (29/43.5)
ɤ = 41.8103°
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TABLA N°2: COMPONENTE DE LA FUERZA TANGENCIAL AL MOVIMIENTO ANGULO
FUERZA TANGENCIAL(N)=W*COS(90- ɤ) 41.8103° 1.86387
AREA DE CONTACTO:
= () ∗ = (0.022)(0.105) = 7.2610 −
ESPESOR: = 0.0005
CALCULO DE LAS VISCOSIDADES:
=
∗ ∗
=
∗ ∗
MIEL DE CAÑA: Para ɤ = 41.8103° =
1.86387 ∗ 0.0005 7.2610− ∗ 0.002394m/s
= 53.6198 Pa*s
RESULTADOS Tabla N°: Viscosidad de los fluidos
FLUIDO
VISCOCIDAD
MIEL DE CAÑA
= 53.6198 Pa*s
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B) VISCOSIMETRO DE UN FLUIDO NO NEWTONIANO (PASTA DE YESO) METODOLOGÍA
Materiales o
Dos carpetas.
o
Material trapezoidal de vidrio.
o
7kg de yeso.
o
Agua.
o
Cinta métrica.
o
Wincha.
o
Una botella plástica de para hacer la mezcla de yeso.
o
Un balde.
Procedimiento o
Limpiamos las dos carpetas.
o
Pesamos un promedio de 500g de yeso.
o
Medimos la distancia del material de vidrio.
o
Medimos el ángulo de inclinación.
o
Dejamos resbalar dejamos resbalar la pasta, el primero de un tiempo cero, el segundo con un tiempo de 30s y el tercero con un tiempo de 1min.
Tiempo(s) 1.16 2.61 18.32
Distancia(m) 57 57 20
Tiempo de fraguado(s) 0 30 90
MASA(gr) 500 500 500
AGUA(gr) 300 300 300
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFECIONAL DE INGENIERÍA CIVIL Hallando las viscosidades de acuerdo al tiempo y distancia recorrida
=
∗ ∗∗
Donde: F es fuerza, e espesor del fluido, d distancia, t tiempo y A área
=
=
=
∗ ∗∗
∗ ∗∗
∗ ∗∗
=
=
=
.∗./ ∗. .∗.∗.∗
= 0.520585 ∗
.∗./ ∗. .∗.∗.∗.
= 0.231371 ∗
.∗./ ∗. .∗.∗.∗.
= 0.267740 ∗
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RESULTADOS RESULTADOS TIPO DE FLUIDO
VISCOSIDAD(μ)
MIEL DE CAÑA DE AZÚCAR PASTA DE YESO
TIEMPO
53.6198 Pa*s 0.520585 Pa*s 0.231371 Pa*s 0.267740 Pa*s
1.16 2.61 18.32
DISCUSIONES DE RESULTADOS MIEL DE CAÑA DE AZÚCAR. _ Se pudo observar que el tubo del viscosímetro se deslizaba con facilidad al estar con envuelto con mil el viscosímetro y se obtuvo un valor considerable de viscosidad del fluido ( =53.6198 Pa*s) PASTA DE YESO. _ Al hacer la práctica de viscosidad se observó, que la viscosidad de la pasta del yeso aumentaba a medida que iba pasando los minutos después de realizada la mezcla, se debe a que el yeso reacciona con el agua, así la pasta dentro de pocos minutos llega a su fraguado o endurecimiento.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
CONCLUSIONES
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Se logró determinar la viscosidad de forma experimental del fluido newtoniano (miel de caña). Se determina que al presentar más fluidez el líquido le toma menos tiempo en deslizarse del viscosímetro. Esto nos indica que cuando en un fluido baja su viscosidad este presenta menos resistencia a fluir. A medida que transcurre el tiempo la fuerza cortante actúa con mayor intensidad y es por ello que la pasta de yeso se vuelve más viscosa. Pudimos conocer los instrumentos utilizados en un laboratorio, la forma de manipularlos y utilizarlos adecuadamente.
-
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RECOMENDACIONES. Tener cuidado al momento de controlar el tiempo En los ensayos consecutivos con la pasta de yeso hacerlo en tiempos moderados puesto que dicha pasta fragua rápido y nos dificulta el desarrollo de nuestro trabajo. Se deben tomar los tiempos de manera exacta cuando el líquido que se estudia pasa de un punto A a un punto B en el viscosímetro. Los materiales que se utilizan para los diversos ensayos se deben lavar y secar por completo.
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BIBLIOGRAFÍA
Mecánica de los fluidos e hidráulica. Ranald. V giles. Tercera edición http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/djean/index_archivos/INST_Flujo/f undamentosteoricos.html http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operacionesbasicas/contenidos1/tema3/pagina_06.htm https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/20299/1/tema1_Flujo%20intern o.pdf https://es.slideshare.net/KarolFuentes/fluidos-newtonianos-y-nonewtonianos-47218743 http://www.efn.unc.edu.ar/departamentos/aero/Asignaturas/MecFluid/mat erial/introducci%C3%B3n%20no%20newtonianos.pdf
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ANEXOS PANEL FOTOGRAFICO
INSPECCION DE INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS EN EL ENSAYO CON MESCLA DE CAÑA
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ENSAYO CON MELAZA DE CAÑA
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ENSAYO UTILIZANDO YESO
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MATERIALES E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO UTILIZANDO YESO
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HOJA TENICA DEL YESO
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