PRACTICA DE VISCOSIDAD 1.-INTRODUCCION: De todas las propiedades de los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración en el estudio del escurrimiento de los fluidos. El conocimiento de la viscosidad de un líquido nos ayuda en el área de mecánica de fluidos ya que podemos saber qué tipo de líquido es importante y porque usarlo en tal máquina para que esta funcione en óptimas condiciones. La práctica de viscosidad es muy importante debido a que esta se fundamenta en las leyes físicas y químicas que nos permite entender porque tal compuesto es más viscoso que otro. En el presenta trabajo se calculara la viscosidad absoluta de ciertos fluidos de manera experimental en el laboratorio.
2.-OBJETIVOS: Determinar la viscosidad del aceite multi!rado y de la vaselina utili"ado en la presente práctica, mediante la relación que existe entre el tiempo empleado por un tubo de acero en recorrer una distancia en una superficie conocida #conociendo espaciamiento, án!ulo de inclinación del viscosímetro$. %ener conocimiento experimental de cómo determinar la viscosidad en el laboratorio.
3.-MARCO TEORICO: 3.1.-V 3.1. -VISCOSIDA ISCO SIDAD: D: La viscosidad es la propiedad más importante de los fluidos y se la define como la resistencia que opone el fluido a su deformación al ser sometido a tensiones cortantes. &uando volcamos sobre una superficie plana a!ua y un aceite lubricante observamos que el a!ua se deforma con más facilidad que el aceite. Decimos entonces que el aceite es más viscoso que el a!ua. La viscosidad de los fluidos es una medida de la resistencia que estos oponen a ser deformados. Es una propiedad que la ejercitan los fluidos solo cuando son obli!ados al movimiento. %anto %anto los líquidos como los !ases !as es presentan viscosidad, aunque a unque los líquidos son más viscosos que los !ases. 'i en un canal rectan!ular inclinado se mueve un líquido con velocidad relativamente peque(a, se verifica que el flujo se produce en forma de capas o láminas #movimiento laminar$ de espesor diferencial y con velocidades variando se!)n una ley parabólica*
La ley de +eton de la viscosidad establece que el esfuer"o tan!encial que se produce entre dos láminas separadas una distancia dy, dy, que se despla"an con velocidades v y v-dv es proporcional al !radiente de velocidades* τ =
dv
τ = µ
dy
dv dy
La constante de proporcionalidad µ es diferente para cada fluido, y es una ma!nitud que mide la viscosidad del fluido se llama viscosidad dinámica. +ótese en el dibujo como en el fondo el !radiente es mas !rande y por por lo tanto el esfuer"o de corte a/í # τ $ es mayor y va disminuyendo /acia arriba. 0
Los fluidos que se comportan se!)n esta ley son denominados netonianos, y los que tienen comportamiento diferente no netoniano
122 netonianos 3,42. +o netonianos Las dimensiones de µ son* µ =
τ
dv
=
FL− T
3
−1
=
FT 3
L
=
3 MLT − 5 T 3
L
=
M LT
dy
La unidad de viscosidad dinámica en el sistema c.!.s se llama poise y vale*
1 poises
=
1dina − sg cm
3
=
1 grm cm − sg
6ara presiones ordinarias la viscosidad de los fluidos es independiente de la presión y depende )nicamente de la temperatura. 7 los líquidos al aumentar la temperatura disminuye la viscosidad en los !ases es al revés, es decir al aumentar la temperatura aumenta la viscosidad. 8uc/as veces es más cómodo trabajar con la viscosidad cinemática, definida como* ν =
µ ρ
7 cuyas unidades resultan* ν =
µ
=
ML−1T −1
ρ
ML− 4
=
L3 T
La unidad de viscosidad cinemática en el sistema c.!.s se llama sto9e y vale* 1 stoke
=
1cm 3 sg
&:8E+%;<=:* De acuerdo a la ley de +eton* τ = µ
dv dy
El esfuer"o es nulo en cualquiera de los si!uientes casos* &uando el fluido esta en reposo #dv>dy ? 0$ &uando el fluido que esta en movimiento se supone no viscoso #/ipótesis del liquido ideal µ ?0$ &uando el liquido real, viscoso, se mueve con una velocidad relativamente !rande de manera que se produce una buena me"cla del líquido y la distribución de velocidades se uniformi"a acercándose a un rectán!ulo #v constante y dv>dy ?0$
4.-MATERIALES Y EQUIPO:
@iscosímetro.
&ronómetro. Ainc/a. %ransportador para medir án!ulos. Basolina. ;ceite multi!rado 1CA0 @aselina
5.-METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO:
La medida de la viscosidad se lo efectivi"a mediante el instrumento llamado @iscosímetroF.
Gi!. 01* @iscosímetro
'e toman las medidas necesarias en el @iscosímetro usando la inc/a para determinar lon!itudes y diámetros necesarios para /allar la velocidad y el espesor de la película del fluido a usar. 8edimos el án!ulo de inclinación que tendrá la superficie sobre la cual resbalará el tubo, para nuestro caso se tubo 4 án!ulos de inclinación* 40H, CH, I0H
Gi!. 03* instrumento donde muestra la inclinación del án!ulo. 8edimos el área lateral que estará en contacto con el aceite a usar. 'e a!re!a aceite de tal manera que la película de aceite que se forme encaje exactamente en el espacio entre el bloque y la superficie.
'e coloca el bloque en la línea marcada y se deja que resbale, en tanto se toma el tiempo en lle!ar al final de la superficie. 'e repite este procedimiento 10 veces.
6.-CLCULOS Y RESULTADOS: 6.1.- DATOS:
La lon!itud del tubo desli"ante es* L ? 1.C cm. La lon!itud de la varilla es* d ? 0cm Los án!ulos de inclinación # α $ son* 40J, CJ y I0J. Diámetro superior del tubo desli"ante ? 4.KCcm Espesor del tubo desli"ante* e ? 0.Ccm Diámetro de la varilla ? 3.Ccm
El tubo desli"ante que esta en contacto con el fluido se muestra en la si!uiente fi!ura*
El espesor de la película del fluido será* y ? 0.13Ccm
6.2.-DESARROLLO DE LA PRCTICA:
A!"#$" %&'$#()*+, 15-4: %ómanos los tiempos en que se despla"a el tubo por la varilla con los diferentes án!ulos de inclinación # α $*
PARA α /30: +J de repeticiones
tiempo
1H222222224.C se! 3H222222224.K3 se! 4H2222222... 4. se! H222222224.4 se! CH222222223.13 se! IH22222222.KI se! KH222222221.41 se! H222222221.4M se! MH222222224.C se! 10H2222222...1.IK se! %iempo promedio es* t ? 4.00 se! Determinamos la velocidad #@$* V
=
d t
=
D0cm. 4.00 seg
= 14.44
cm sg
PARA α / 450: +J de repeticiones
tiempo
1H222222221.30 se! 3H222222220.I se! 4H2222222... 0.I se! H222222220.KI se! CH222222220.I0 se! IH222222221.03 se! KH222222220.MI se! H222222221.C se! MH222222221.03 se! 10H2222222...0.I se! %iempo promedio es* t ? 0.MC se! Determinamos la velocidad #@$*
V
=
d t
=
D0cm. 0.MC seg
=
D3.11
cm sg
PARA α /60: +J de repeticiones
tiempo
1H222222220.C se! 3H222222221.0K se! 4H2222222... 0.M4 se! H222222220.I4 se! CH222222220.43 se! IH222222220.4 se! KH222222220.M se! H222222220.C4 se! MH222222220.I4 se! 10H2222222...0.C4 se!
%iempo promedio es* t ? 0.IC se! Determinamos la velocidad #@$* V
=
d t
=
D0cm. 0.IC seg
=
I1.CD
cm sg
V*"'#*: %ómanos los tiempos en que se despla"a el tubo por la varilla con los diferentes án!ulos de inclinación # α $*
PARA α /30: +J de repeticiones
tiempo
1H22222222K. se!
3H22222222K.1 se! 4H2222222... 10.33 se! H22222222C.I3 se! CH22222222K.I se! IH22222222K.C se! KH22222222I.13 se! H22222222K.MK se! MH22222222I.C1 se! 10H2222222...C.M se! %iempo promedio es* t ? K.3K se! Determinamos la velocidad #@$* V
=
d t
=
D0cm. K.3K seg
=
C.C0
cm sg
PARA α /450: +J de repeticiones
tiempo
1H222222221.C0 se! 3H222222221.K4 se! 4H2222222... 1.0I se! H222222221.M4 se! CH222222221. se! IH222222221.1C se! KH222222221.0M se! H222222221.41 se! MH222222221.M3 se! 10H2222222...1.IC se!
%iempo promedio es* t ? 1. se! Determinamos la velocidad #@$* V
=
d t
=
D0cm. 1.DL seg
=
3K.04
cm sg
PARA α / 60: +J de repeticiones
tiempo
1H222222220.CI se! 3H222222221.1C se!
4H2222222... 0.M4 se! H222222221.0 se! CH222222221.0 se! IH222222221.1I se! KH222222220.MM se! H222222221.CC se! MH222222221.33 se! 10H2222222...1.0C se! %iempo promedio es* t ?1.1 se! Determinamos la velocidad #@$* V
=
d t
=
D0cm. 1.1L seg
=
44.M0
cm sg
6.3.- CLCULOS:
Nallamos el peso#A$ del tubo desli"ante* A ? #v5 γ $ γ ? peso especifico del acero ? KC09!>m Donde* @ ? volumen del tubo desli"ante 3 3 @ ? π #< 1 < 3 $L ? π #1.KC 3 1.4KC 3 $1.C @ ? K.03 cm 4 ? 0.0000K m 4 ⇒ A ? 0.0000K m 4 5KC0 9!>m 4 A ? 0.CMC 9! El peso del tubo en dinas* A ? C4C10 dinas C +:%;* 19! ? M.510 dinas Nallamos el área lateral de la varilla* A = 3π R3 L
=
3 5 π 51.4KC 51D.C = 13C.3Kcm
3 A = 13C.3Kcm ? 0.013C3Km
3
3
4
1H$ Nallamos la viscosidad del ACEITE MULTIGRADO 15-4 * D.&.L.
PARA α /30: &omo no existe aceleración las fuer"as f1?f3 f 1
= wsen#40°$
f 3
= µ 5 A 5
V y
⇒ f1?f3
Asen #40H$? µ 5 A 5
V y
3
µ ?
30.1I dinas5se!>cm 3
µ ?
30.1I poises
&omo no existe aceleración las fuer"as f1?f3 f 1 = wsen#DC°$ = µ 5 A 5
sg
0.13Ccm
#sistema &.B.'.$
PARA α /450:
f 3
cm
V y
⇒ f1?f3
Asen #CH$? µ 5 A 5
V y
µ ?
M.0I dinas5se!>cm 3
µ ?
M.0I poises
cm sg
0.13Ccm
#sistema &.B.'.$
PARA α /60: &omo no existe aceleración las fuer"as f1?f3 f 1
= wsen# I0°$
= µ 5 A 5
f 3
V y
⇒ f1?f3
Asen #I0H$? µ 5 A 5
V y
µ ?K.I0 µ ?
(&',
= µ 5 13C.3Kcm
3
cm sg
0.13Ccm
dinas5se!>cm 3
K.I0 poises
#sistema &.B.'.$
V#!,#+*+ C.G.S. &,#"
V#!,#+*+ M..S &7(8"(9%
V#!,#+*+ S.ING. &N8S"(9%
40H
30.1I
0.31
3.01I
CH
M.0I
0.0M
0.M0I
I0H
K.I0
0.0
0.KI0
3
3H$ Nallamos la viscosidad de la VASELINA*
3
D.&.L.
PARA α /30: &omo no existe aceleración las fuer"as f1?f3 f 1
= wsen#40°$
f 3
= µ 5 A 5
V y
⇒ f1?f3
Asen #40H$? µ 5 A 5
V y
µ ?
.C dinas5se!>cm 3
µ ?
.C poises
cm sg
0.13Ccm
#sistema &.B.'.$
PARA α /450: &omo no existe aceleración las fuer"as f1?f3 f 1 = wsen#DC°$ f 3
= µ 5 A 5
V y
⇒ f1?f3
Asen #CH$? µ 5 A 5
V y
3
cm sg
0.13Ccm
µ ? 1.11 dinas5se!>cm µ ?
3
1.11 poises
#sistema &.B.'.$
PARA α /60: &omo no existe aceleración las fuer"as f1?f3 f 1
= wsen# I0°$
= µ 5 A 5
f 3
V y
⇒ f1?f3
Asen #I0H$? µ 5 A 5
V y
= µ 5 13C.3Kcm
µ ?14.0
dinas5se!>cm 3
µ ?
(&',
14.0 poises
3
cm sg
0.13Ccm
#sistema &.B.'.$
V#!,#+*+ C.G.S. &,#"
V#!,#+*+ M..S &7(8"(9%
V#!,#+*+ S.ING. &N8S"(9%
40H
.C
0.M
.M
CH
1.11
0.1
1.1
I0H
14.0
0.1
1.4
3
3
.-DISCUSI;N DE RESULTADOS: &omparando los resultados obtenidos observamos que la viscosidad varía en forma discontinua por tanto para obtener una viscosidad uniforme sacamos el promedio de las viscosidades /alladas con cada án!ulo empleado en los diferentes aceites.
<.-CONCLUSIONES:
Bracias a la presente práctica se lo!ró determinar aproximadamente la viscosidad del aceite multi!rado y de la vaselina.
Encontramos una variación del án!ulo, debido al equipo utili"ado en la práctica, que nos demostró que al momento de marcar éste no /ubo precisión.
Los datos obtenidos en el laboratorio son aproximados debido a errores climáticos #temperatura$ y por manejo de equipo de su actual condición.
La viscosidad es la resistencia que ejercen los fluidos al ser deformado cuando este se aplica un esfuer"o cortante.
=.-RECOMENDACIONES:
;l momento de reali"ar una práctica se su!iere contar con equipos más precisos para obtener resultados óptimos.
Limpiar el viscosímetro de tal manera que el aceite a utili"ar no sea me"clado con otro utili"ado anteriormente, esto para que la viscosidad no resulte distorsionada.
Otili"ar suficiente aceite de tal manera que se cubra una película i!ual al espacio que /ay entre la superficie y bloque desli"ante.
Oniformi"ar con el aceite la superficie por donde se va a desli"ar el bloque para tratar que aproximadamente la velocidad sea la misma.
'e deben tomar los tiempos de manera exacta, cuando el cuerpo desli"ante pasa sobre la superficie inclinada /asta cubrir los 0cm de su recorrido.
1.-APORTE: GRADOS DE ACEITE COMERCIAL 6ara relacionar las distintas viscosidades, de acuerdo con el viscosímetro utili"ado, existen fórmulas empíricas que permiten pasar de una unidad a otra. Las fórmulas de conversión son sencillas y, !eneralmente de la forma*
v = aT −
b T
D,+": v> es la viscosidad cinemática o relativa en 'to9es #cm3>s$, %,
es la viscosidad en !rados En!ler, ''O, ''G, B< +H1 a B< +H3.
; y b, son constantes que varían se!)n la relación de que se trata y de los límites de utili"ación de la variación
&uando la viscosidad cinemática es mayor que 0.C 'to9es # v P0.C$, como ocurre para la !ran mayoría de fluidos, la influencia del término correctivo b se /ace despreciable y la ecuación queda* v = aT
Desprendiéndose las relaciones si!uientes* v ? 0.0KIH2
HE* viscosidad en !rados En!ler.
v ? 0.0033 '2
'* viscosidad en ''O.
v ? 0.003K <2 <* viscosidad en B< +H1 6ara la viscosidad dinámica en poises* µ =
•
#0.0033It −
1.MC t
$ ρ r
6ara tQ 100 ''O #'aybolt universal seconds$
t ? viscosidad en ''O. ρ r ?
•
µ =
Densidad relativa del líquido.
#0.0033t −
1.40 t
$ ρ r
6ara tP 100 ''O #'aybolt universal seconds$
t ? viscosidad en ''O. ρ r ?
•
µ =
Densidad relativa del líquido.
#0.0033Dt −
1.LD t
$ ρ r
6ara 3C
≤ t ≥ 0
''G #'aybolt universal Gurol$
t ? viscosidad en ''G. ρ r ?
•
µ =
Densidad relativa del líquido.
#0.0031It −
1.I0 t
$ ρ r
6ara t
≥
0 ''G #'aybolt universal Gurol$
t ? viscosidad en ''G. ρ r ?
Densidad relativa del líquido.
La densidad relativa o !ravedad específica ρ , se obtiene dividiendo el peso específico de líquido, a la temperatura de la prueba, entre el peso específico del a!ua a H& y a una atmósfera de presión #1.044 R!>cm3$. ; estas condiciones de presión t temperatura se les llama condiciones normales o estándar.
11.-AP?NDICE:
1.
P,)@&" " "!"*)#, !,,!") '* #!,#+*+ +" &* &$*!#* 6orque es una propiedad que permitirá conocer si una sustancia fluirá de manera fácil o con dificultades y así poder definir al!unas de sus propiedades.
2.
E'#@&" *'(&, %$,+, **'$#!, F9, ()H#!, *)* "$#%*) '* #!,#+*+ +" &* &$*!#*. &omo método analítico se puede considerar el método de pares de puntos en el cual se toman 3 ecuaciones extremas y se forma una serie de ecuaciones. &omo método !rafico se puede utili"ar el método de mínimos cuadrados con el cual se puede /alLar la pendiente y la constante de la ecuación.
3.
o
o
o
I+#@&" ,$), %$,+, "")#%"$*'" *)* '* +"$")%#*!# +" '* #!,#+*+ +" '@&#+,> +*+, &* )"" "'#!*!#.
El método de la bola que cae, consiste en determinar el tiempo que tarda una esfera de peso y tama(o conocido en caer a lo lar!o de una columna de diámetro y lon!itud conocida del liquido en cuestión. &on el viscosímetro de :stald, que consiste en medir el tiempo que tarda en fluir un volumen conocido de liquido a través de un capilar de lon!itud y radio conocido. La ley de 'to9es, que es aplicable a la caída de cuerpos esféricos en todos los tipos de fluido siempre que el radio r del cuerpo que cae sea !rande en comparación con la distancia entre moléculas.
12.-BIBLIOGRAKIA: •
“Mecánica de fluidos! Francisco "garte #alacin! $ditorial %an Marcos!
•
“#roblemas de Mecánica de Fluidos e &idráulica! 'scar Miranda &!( )ante *ampos A! Tercera edici+n! Talleres gráficos Top, -ob! $!.!R!L! Lima / #er0
•
“Mecánica de fluios!1ender *2ere3ue Morán!
6ara la viscosidad dinámica en 6oises.
µ =
•
#0.0033It −
1.MC t
$ ρ r
6ara tQ 100 ''O #'aybolt universal seconds$
t ? viscosidad en ''O. ρ r ?
•
µ =
Densidad relativa del líquido.
#0.0033t −
1.40 t
$ ρ r
6ara tP 100 ''O #'aybolt universal seconds$
t ? viscosidad en ''O. ρ r ?
µ =
•
Densidad relativa del líquido.
#0.0033Dt −
1.LD t
$ ρ r
6ara 3C
≤ t ≥ 0
''G #'aybolt universal Gurol$
t ? viscosidad en ''G. ρ r ?
•
µ =
Densidad relativa del líquido.
#0.0031It −
1.I0 t
$ ρ r
6ara t
≥
0 ''G #'aybolt universal Gurol$
t ? viscosidad en ''G. ρ r ?
Densidad relativa del líquido.
6ara viscosidad cinemática o relativa en 'to9es.
•
ν =
0.0KI J $
donde*
JE?@iscosidad en !rados En!ler.
•
ν
=
0.0033'
donde*
'?@iscosidad en ''O.
•
ν
=
0.003K<
donde*
ν
=
@iscosidad cinemática.
11.-BIBLIOGRAKIA: •
“Mecánica de fluidos! Francisco "garte #alacin! $ditorial %an Marcos!
•
“#roblemas de Mecánica de Fluidos e &idráulica! 'scar Miranda &!( )ante *ampos A! Tercera edici+n! Talleres gráficos Top, -ob! $!.!R!L! Lima , #er0
