LABORATORIO LABORATORIO O1: MECÁNICA DE FLUIDOS II
“PROPIEDADES DE VISCOSIDAD ” Integrantes:
Alfaro Balcázar, Alex Jean Pool García del Prado Luis Segura Palomino Dimmy
Carrera: Tecnología Mecánica Eléctrica
Grupo:
C10 F - 5° Ciclo
Docente: Ing. Ernesto Jimeno
Fecha de realización: 22/03/16 Fecha de entrega: 05/04/16 La libertad-Trujillo 2016 – I
I.
VISCOSIDAD DE UN FLUIDO
1. OBJETIVO: Comprender a través de experimentos, el significado de la viscosidad.
2. FUNDAMENTO TEORICO: Si se deja caer dentro de un fluido una esfera, esta se mueve bajo la acción de las siguientes fuerzas: el peso, el empuje (se supone que el cuerpo está completamente sumergido en el seno de un fluido), y una fuerza de rozamiento que es proporcional a la velocidad de la esfera (suponemos que el flujo se mantiene en régimen laminar).
El peso es el producto de la masa por la aceleración de la gravedad g . La masa es el producto de la densidad del material ρe por el volumen de la esfera de radio R .
2.1 De acuerdo con el principio de Arquímedes Arquímede s, el empuje es igual al producto de la densidad del fluido ρf , por el volumen del cuerpo sumergido, y por la aceleración de la gravedad.
2.2 La fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad, y su expresión se denomina ley de Stokes 2.3 Donde η es la viscosidad la viscosidad del fluido. La ecuación del movimiento será, por tanto, 2.4 La velocidad límite, se alcanza cuando la aceleración sea cero, es decir, cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre la esfera es cero.
2.5
Despejamos la velocidad límite v l l
2.6 Supondremos que la bolita ha alcanzado la velocidad límite constante cuando pasa por la marca superior, momento en el que se empieza a contar el tiempo. El valor de dicha velocidad se obtiene dividiendo el desplazamiento x entre el tiempo en el que tarda el móvil en desplazarse t.
2.7 Antes de de realizar realizar el cálculo, cálculo, se deberá expresar todos los datos en el Sistema Internacional de unidades de medida: La velocidad límite v l l en m/s, La densidad de la esfera ρe y del fluido ρf en kg/m3 (se proporciona el dato de la densidad en g/cm 3). El radio R de de la esfera en m. Finalmente, se despejará la viscosidad η y se expresará en las unidades correspondientes. La viscosidad expresada, η, de la forma anterior se le conoce como “Viscosidad dinámica” pero en algunos problemas de hidráulica es común
utilizar otro tipo de viscosidad que relaciona a la viscosidad dinámica y la densidad, a la cu al se le denomina “Viscosidad cinemática” ( ν ), ), cuya fórmula es
3. EQUIPOS, MATERIALES, REACTIVOS:
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: A. Se mide el diámetro diámetro del perdigón con un micrómetro. micrómetro.
MEDIDAS CON EL INSTRIMENTO DE MEDICIÓN: M EDICIÓN: (MICRÓMETRO) Diámetro del Perdigón: 7.93 mm Radio del Perdigón: 7.93 mm / 2 =
3.975mm
Hallamos el volumen del Perdigón
3 gr. Masa del Perdigón: Volumen del Perdigón: Volumen del Perdigón: 4 0.00397 = V = 2.6 2.63 × 10− m 3 . = 7576kg/m3 . ×
B. Se anota para cada cada experiencia la distancia entre entre marcas (26 cm). cm). C. Se mide el tiempo que tarda tarda la pequeña esfera en recorrer una distancia dada en el interior del tubo vertical que contiene el fluido.
En esta etapa principalmente se vierte una cantidad moderada de ACEITE SAE 90 para anotar las medidas necesarias para el desarrollo de la Tabla 1.2
En esta etapa se colocara la perdigonera de acero hacia la probeta con el Aceite para que en la etapa siguiente se mida el tiempo de caída.
1) 0.83 segundos 2) 0.73 segundos 3) 0.74 segundos Rf =
0.76 segundos
En esta etapa se logró realizar las medidas de tiempo, en que demora en caer la perdigonera de acero al fondo de la probeta, se realizaron tres pruebas para obtener un promedio de tiempo de caída. Se realizó también pruebas con agua para diferenciar la velocidad, la densidad y la Viscosidad.
D. Viscosidad Dinámica Aceite SAE 90
2 g ( l s ) R 2 9Vl
2(9.8m / s 2 ) (7575 .75kg / m 3 880kg / m 3 ) (3.98 10 3 m) 2
0,3425 m / s 9
19,6m / s 2 6695 .75kg / m 3 1,58 10 5 m 2
3,0825 m / s
0,6726 Pa s
E. Calcular la viscosidad cinemática cinemática
0.6726 kg⁄m × s v=
880 kg⁄m
v = 7.64 × 10− m ⁄s
Consignar los valores y resultados en la Tabla 1.2. En esta experiencia, se suministran los datos de la densidad del material del que están hechos los perdigones y la densidad del fluido.
5. TRATAMIENTO DE DATOS: Tabla 1.2. (Perdigón 1)
Diámetro del perdigón: ………… 7.93
mm………… (m) (1) Líquido
(2) Distancia X
(3) Tiempo t
(4) Velocidad
(m)
(s)
(m/s)
Vl
(5) Velocidad promedio X (m/s)
(6) Densidad del sólido
(7) Densidad del líquido 2
4
(kg.s /m ) 2
(8) Viscosidad dinámica del líquido 2 (kg.s/m )
(9) Viscosidad Cinemática del líquido 2 (m /s)
4
(kg.s /m )
AGUA
ACEITE SAE 90
0.29
0.53
0.54
0.29
0.58
0.50
0.29
0.64
0.45
0.29
0.83
0.35
0.73
0.40
0.74
0.39
0.29 0.29
0.496
0.38
3
1.000 kg/cm3
3 7576 kg/m
880 kg/cm3
7576 kg/m
0.6726
7.65x10−
6. ACTIVIDADES 1. ¿Presentan los líquidos ensayados ensayados resistencia al movimiento? movimiento? ¿Por qué? Si presentan resistencia al movimiento ya que la viscosidad se manifiesta en líquidos en movimientos y por medio de este ensayo hallamos la velocidad que fue variando de acuerdo al tiempo que se demora en llegar al final la esfera por lo tanto hay resistencia.
2. ¿Cómo serían los resultados experimentales si la temperatura temperatura ambiental fuera mayor o menor? ¿Por qué? Los resultados experimentales serian diferentes porque a medida que aumenta la temperatura empieza a disminuir la resistencia al movimiento ya que la fuerza de cohesión entre moléculas no serían los mismos.
3. Mencione tres fuerzas que influyen en la esfera mientas esta se encuentra sumergida en el líquido.
La fuerza de rozamiento entre líquido y la esfera La fuerza que ejerce el líquido sobre la esfera La fuerza de empuje.
4. Investigue y hable brevemente sobre la ley de Stoke. La ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en función al seno del fluido viscoso. Cuya fórmula es:
5. ¿Qué son los viscosímetros y cuáles son los tipos de viscosímetros? Los viscosímetros son instrumentos de medición para determinar la resistencia, también denominado como viscosidad, de diferentes líquidos. Los tipos de viscosímetros son los siguientes:
Viscosímetros capilares: la medición se realiza dirigiendo el líquido a través de un tubo fino.
Viscosímetros de rotación: emplean la idea de que la fuerza requerida para rotar un objeto inmerso en un fluido puede indicar la viscosidad del fluido.
Viscosímetros Stabinger : Son bastantes actuales ya que empezaron a comercializarse este milenio. En realidad se trata de viscosímetros de rotación modificados.
7. CONCLUSIONES
En conclusión se llegó a observar que no todos los fluidos tienen la misma viscosidad, esto varía de acuerdo a la temperatura, porque si hubiéramos tenido la oportunidad de realizar la actividad con un pequeño aumento de temperatura observaríamos que los fluidos serian menos viscosos. En las actividades para obtener los resultados de la densidad, volumen y la viscosidad se utilizó sus respectivas formulas. Para realizar una tarea correctamente correctament e es necesario poseer todos los equipos necesarios para realizar las actividades, tener mucho cuidado con los equipos que nos otorgó el docente del curso, ya que estos equipos son frágiles.
II.
DENSIDAD RELATIVA DE UN LIQUIDO
1. OBJETIVO Determinar la densidad relativa de un líquido a una presión atmosférica y temperatura determinada.
2. FUNDAMENTO TEORICO Una aplicación de la ecuación fundamental de la estática de fluidos es la determinación de la densidad de un líquido no miscible con agua mediante un tubo en forma de U, comparando las diferentes alturas de las columnas de fluido sobre la superficie de separación. Se comparan dos líquidos inmiscibles, el agua, cuya densidad es conocida (1.0 g/cm 3) y un líquido de densidad desconocida.
Dado que A y B están a la misma altura sus presiones deben ser iguales: La presión en A es debida a la presión atmosférica más la debida a la altura h2 de la columna de fluido cuya densidad ρ queremos determinar.
p A =p 0 +ρ2 g h 2
La presión en B es debida a la presión atmosférica más la debida a la altura h1 de la columna de agua cuya densidad conocemos
p B =p 0 +ρ +ρ1 g h 1
Igualando las presiones en A y B, p A =p B ,
teniendo en cuenta:
h1=10cm,
h2=12cm,
obtenemos:
Pa=Pb Po + ρ2gh2 = Po + ρ1gh1 ρ2h2 = ρ1h1 × = = . / / Las densidades de los dos líquidos no miscibles están en relación inversa a las alturas de sus columnas sobre la superficie de separación en el tubo en forma de U.
3. EQUIPOS, MATERIALES, REACTIVOS:
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: A. Verter agua al tubo en U.
Se vierte una cantidad no muy excesiva de AGUA, para evitar que el agua sobrepase el tubo o lo llene completamente, para evitar derrames es recomendable utilizar el lavadero que se encuentra en fondo del laboratorio o utilizar paños secos.
B. Se vierte el líquido desconocido poco a poco por el extremo que tiene forma de embudo.
Se vierte una cantidad no muy excesiva de ACEITE SAE 90, para evitar que el aceite y el agua sobrepasen el Tubo en forma de U, Teniendo en cuenta que la pared metálica donde se encuentra el Tubo en U se encuentra una señalización para tener en cuenta que el Aceite no debe de sobrepasar la línea señalada.
C. Paramos en cualquier momento, para realizar medidas. Medimos la altura de la columna de fluido desconocido sobre la superficie de separación (h2). Medimos la altura de la columna de agua sobre la superficie de separación (h1).
Se realizó las medidas correspondientes para poder desarrollar la Densidad del Líquido desconocido y de la Densidad Relativa. (Para realizar este
procedimiento es recomendable utilizar una regla graduada para mayor exactitud). D. Despejamos la densidad relativa, desconocido, ρ2 .
ρr ,
y la densidad del líquido
HALLAMOS ρ2:
Pa=Pb Po + ρ2gh2 = Po + ρ1gh1 ρ2h2 = ρ1h ρ1h1 × = = . / /
HALLAMOS DENSIDAD RELATIVA ΡR
ρ rela relati tiva va =
ρ fluido ρ agua
. = = . 5. TRATAMIENTO DE DATOS: Líquido a ensayar Aceite SAE 90 Shell Spirax
ρ1 (g/cm3)
h1 (cm)
h2 (cm)
ρr
ρ2 (g/cm3)
1 g/cm3
10 cm
12 cm
0.833
0.87
6. CONCLUSIONES:
Aprendimos los distintos métodos que hay hay para medir medir la densidad de un líquido, dependiendo de la cantidad y las características que éste tenga, y la relación que hay entre el volumen y la masa, que nos da la densidad, además la diferencia, entre g/mL en una concentración y g/mL en la densidad, ya que aunque parecen iguales, no lo son. Por lo tanto el objetivo se cumplió.
Al realizar el experimento se tuvo que levantar la plataforma en la mesa de trabajo con demasiado cuidado porque al no sostener muy bien, el líquido desconocido que en este momento fue Aceite SAE
90, pudo derramarse y arruinar el experimento.
III.
UTILIZACIÓN DEL INTRUMENTO DE MEDICIÓN: VISCOSÍMETRO
1. OBJETIVOS
Comprender a través de experimentos, el significado de la viscosidad según el tiempo que demora en subir de un punto a otro en un viscosímetro el fluido.
2. FUNDAMENTO TEORICO Viscosímetro: (denominado Viscosímetro
también viscosímetro) es un instrumento empleado para medir la viscosidad la viscosidad y algunos otros parámetros de flujo de un fluido. Fue fluido. Fue Isaac Isaac Newton el primero en sugerir una fórmula para medir la viscosidad de los fluidos, postuló que dicha fuerza correspondía al producto del área superficial del líquido por el gradiente de velocidad, además de producto de una coeficiente una coeficiente de viscosidad. Las pipetas de cristal pueden llegar a tener una reproducibilidad de un 0,1% bajo condiciones ideales, lo que significa que puede sumergirse en un baño no
diseñado inicialmente para la medida
de la viscosidad, con altos contenidos de sólidos, o muy viscosos. No obstante, es imposible emplearlos con precisión en la determinación de la viscosidad de los f los fluidos luidos no-newtonianos, no-newtonianos, lo lo cual es un problema ya que la mayoría de los líquidos interesantes tienden a comportarse como fluidos no-newtonianos. Hay métodos estándares internacionales para realizar medidas con un instrumento capilar.
3. MATERIALES: EQUIPOS
DESCRIPCIÓN
Viscosímetro
Permite medir la viscosidad de un fluido
Permite succionar un fluido de una pipeta hacia otra pipeta
Propipetas
sin la necesidad de utilizar la boca
Permite medir el tiempo en segundo En esta ocasión se utilizó un celular con cronometro ya que
Cronómetro
no se contaba con dicho dispositivo
Lubricante
Permite rozamiento entre dos piezas controlando su temperatura
IMAGEN
4. PROCEDIMIENTO a) Colocar el viscosímetro viscosímetro en un soporte y vaciar poco lubricante por el pico de la zona B.
Tener en cuenta que el Viscosimetro es muy delicado, y un movimiento brusco o descuidado podría suceder que el viscosímetro se dañe o se rompa.
b) Luego colocar en la zona A la propipeta. propipeta. c) Quitar todo el aire aire que se encuentra en la propipeta propipeta presionando su válvula A y seguidamente el globo.
Luego de colocar la Propipeta en la zona A, tenemos que sacar todo el aire de esta, para poder a realizar la succión del líquido para después realizar las medidas de tiempo de dicho experimento
d) Succionar el lubricante lubricante hasta el punto que sobrepase la línea marcada inferior de la zona B y parar.
Línea superior Línea inferior
e) Medir el tiempo que demora el lubricante lubricante en llegar de la línea inferior hasta la línea superior marcadas en la zona B.
SE REALIZO UNA SOLA MEDIDA DE TIEMPO, DEBIDO AL TIEMPO DE REALIZACION DEL EXPERIMENTO, EN ESTA OCASIÓN SE MEDIO EL TIEMPO DEL LUBRICANTE MENCIONADO. EN LOS MATERIALES A UTILIZAR EL TIEMPO QUE SE TOMO FUE DE: 9 MINUTOS CON 30 SEGUNDOS QUE AL PASARLO EN SEGUNDOS ES DE: 570 SEGUNDOS
f) Calculamos la viscosidad viscosidad dinámica del lubricante lubricante en centiestoke (Cst) (Unidad de medida encontrada en el mercado). El valor de 0.1 Cst/seg se tomó en cuenta con las tablas que nos indicó el docente de Laboratorio. . ×
á á = 5. RECOMENDACIONES
Se debe tener en cuenta el lugar en donde realizar el experimento, ya los equipos que se utilizaran son extremadamente frágiles, y su mal manipulación puede causar daños o quebraduras en los equipos.
Mantener el orden al colocar el Viscosimetro, porque ya ya icho esto es un instrumento muy delicado y su mal maniobra puede romper al instrumento.
6. CONCLUSIONES
A mayor temperatura el valor de la viscosidad va a disminuir.
Las viscosidades de los líquidos se pueden calcular a partir de las densidades que se calculan para cada temperatura.
Con el viscosímetro de Ostwald se pueden determinar adecuadamente los tiempos en los que el líquido va a pasar pasar de un punto A, a un punto B.
El método del picnómetro resulta ser más exacto para la determinación de la densidad de los líquidos.
Los líquidos con viscosidades bajas fluyen fácilmente y cuando la viscosidad es elevada el líquido no fluye con mucha facilidad.
La viscosidad y la densidad de las soluciones que se estudian van a depender de las concentraciones que tengan dichas soluciones.
VI.
PESO ESPECIFICO, DENSIDAD Y DENSIDAD RELATIVA
1. OBJETIVO
Comprender Co mprender a través de experimentos realizados en el laboratorio, el significado del peso específico, la densidad y la densidad relativa relativ a de diferentes fluidos.
Desarrollo: Para iniciar el desarrollo del laboratorio hicimos previa limpieza de los equipos y respectiva revisión de en qué estado se encontraban.
Materiales utilizados: MATERIALES Aceite
SAE 90
Balanza electrónica
Permite medir la cantidad de masa de un material en g y kg|
Rango de masa: 1g a 5000g Precisión: 1 g
Picnómetros
(cm )
Agua (34 gr)
Sustancia líquida sin olor, color ni sabor que se encuentra en la naturaleza en estado más o menos puro
Probeta graduada
Permite medir el volumen de un fluido en m |Rango: 0 ml a 100 m
2. PROCEDIMIENTO a. Pesamos el líquido con la balanza hasta hasta llegar a un rango de 34 a 35 gramos. Teniendo cuidado al utilizarlo ya que podría p odría medir pesos incorrectos.
b. Luego de esto se le hace la respectiva medición de temperatura temperatura mediante un termómetro. c. Luego pesar el picnómetro lleno con agua en la balanza para medir el peso del fluido y observar la temperatura marcada en el termómetro, llenar en la tabla 2.
Como resultado de la prueba de temperatura obtuvimos 26.82 °C Peso del fluido = 35 gramos
d. Al finalizar la recopilación de los datos de la masa y el volumen del agua procedemos a calcular su densidad, llenar en la tabla 2. -
Aplicación de fórmulas obtenemos:
= ×
-
= . . .
= ×
-
-
=
×
= ⁄ = . ⁄. -
-
-
= . . ⁄
e. Con la densidad calculada determinamos el el peso específico del agua, llenar en la tabla 2. -
Aplicación de fórmulas obtenemos:
í í = × ( ( ))
-
í í = . . ×. í í = . .
-
f. Después calculamos la densidad relativa, relativ a, llenar en la tabla 2. -
Aplicación de fórmulas obtenemos:
= ⁄
-
=
-
.⁄ ⁄
= .
g. Por ultimo realizamos el mismo procedimiento desde el paso B hasta el paso F para el fluido llamado glicerina anhidra.
3. TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE DATOS: LÍQUIDO
TARA
W
VOLUMEN
W
DENSIDAD
PESO
DENSIDAD
(kg)
BRUTO
(m3 )
NETO
DEL LÍQ.
ESPECÍFICO
RELATIVA
(kg)
(kg⁄m3 )
(N⁄m3 )
(kg) Agua
0.034
0.062
0.000036
0.035
972.22
9537.71
0.972
Glicerina
0.035
0.063
0.000036
0.035
1153.8
11318.78
1.154
Anhidra
Tabla 2. Tratamiento de datos.
4. CONCLUSIONES
Como conclusiones conclusiones tenemos que la balanza balanza es un instrumento instrumento que nos nos ayuda ayuda a la medición de la materia.
Que la la los factores externos son muy importantes en la medición de la materia.
Concluimos que La densidad de una sustancia o compuesto lo dota de una particularidad, es decir cada cada muestra tiene una densidad única, y este los difiere de los demás.
Entre los los instrumentos para medir un volumen podemos elegir entre una serie
de instrumentos , la probeta, la pipeta, vaso de precipitación, etc.; según nuestra experiencia en el laboratorio se podría afirmar que la pipeta es uno de los más precisos para medir cantidades pequeñas.
Para medir el peso de una muestra se se utiliza utiliza la balanza que puede puede ser mecánica o digital.
5. RECOMENDACIONES
Condiciones que debe cumplir la balanza:
Debe ser exacta: En equilibrio equilibrio (fiel en el c entro de la escala), el peso de un cuerpo
colocado en un platillo debe ser igual al del cuerpo colocado en el otro.
Debe ser fiel: Colocando la misma cantidad varias veces indica siempre el mismo resultado.
Debe ser estable, debe estar bien nivelada, por lo que la burbuja de nivel se vigilará para que esté ajustada .
Deben estar en un lugar sólido, sin vibraciones (mesa de balanzas)
.Deben estar en un lugar apartado, protegidas de gases corrosivos, humedad, etc. (en sala de balanzas con puerta cerrada)Deben protegerse de las altas temperaturas, sol y de la electrostática.
Se deben mantener limpias. Antes de colocarse otra otra muestra debe nivelarse nivelarse la la balanza.
