Mecánica De Fluidos, Octubre del 2012
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Chavarro Harlam – Molina Bladimir – Pérez Juan – Sierra Daniel Universidad del Atlántico Facultad de Ingeniería Mecánica
Resumen En esta experiencia experiencia se estudiaron las diferentes formas de calcular la viscosidad de un fluido, los métodos de medición e instrumentos empleados. De esta manera se comparó y determinó las variables que afectan la viscosidad de un líquido según los resultados obtenidos. Los cálculos, los procedimientos, procedimientos, tablas, gráficos, las teorías utilizadas y las conclusiones conclusiones realizadas realizadas encuentran encuentran de manera organizada y detallada en el cuerpo del informe.
se
Palabras Palabras Claves Viscosidad, densidad, líquidos, presión, gravedad, deformación, esfuerzos cortantes.
2. Formulas y teorías a emplear.
1. Introd uc ción La viscosidad es la propiedad de los fluidos por virtud de la cual estos ofrecen resistencia al corte y depende de la cohesión y la tasa de transferencia de momentum molecular. Esta propiedad se ve afectada con la temperatura, pero no con la presión.
Las formulas a utilizar son las siguientes: Con la siguiente expresión se halla la viscosidad medida experimentalmente desde un viscosímetro ubbelohde con respecto al tiempo: Donde: V, Viscosidad cinemática. k, Constante del viscosímetro expresada en cSt/s. t, Tiempo obtenido de la experiencia en s.
En los líquidos la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura, ya que a mayor temperatura existe menor cohesión entre las moléculas, es decir, con el calor las moléculas se dispersan más y el líquido tiende a fluir con mayor facilidad.
3. M é to do s Exp eri m en tal es .
De manera inversa sucede con los gases, la viscosidad aumenta con la temperatura, porque microscópicamente a mayor temperatura existe mayor actividad molecular, debido a que las moléculas se chocan unas que otras con mayor velocidad.
Viscosímetro. Se dispone de un viscosímetro ubbelohde de vidrio, una perilla de succión, una jeringa plástica con escala, un cronometro manual y cuatro tipos de fluidos distintos (agua, alcohol etílico, propelinglicol, glicerina).
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____________________________________________________________________________________________________________________________ Para efectuar el procedimiento se vierten 12 ml del líquido problema por el tubo más ancho del viscosímetro (3) hasta que la superficie del fluido quede en la marca M. El capilar debe estar verticalmente y a una temperatura ambiente comprendida en 15ºC y 30ºC.
Se trabajo con dos gotas de fluidos, ya que en el caso del alcohol, el tiempo de ebullición era menor al que tardaba en hacer el recorrido.
4. Cálcu los y Resu ltado s Cálcu lo s exp erim entales - Vis co sím etro . En la siguiente tabla se encuentran los datos del tiempo en que tarda en fluir las sustancias problemas por el capilar obtenidos en la experiencia:
Vis co sím etr o (s)
Se procede a cerrar el orificio del tubo 1 con el dedo y aspirar en el tubo 2 con la perilla, creando así un vacío; succionando poco a poco el líquido subirá hasta la bola de avance (B), ya en este punto se interrumpe la aspiración y se retira la perilla, liberando instantáneamente el orificio del tubo 1, de inmediato el liquido empezara a descender y se mide el tiempo que tarda el menisco inferior del fluido en pasar desde hasta , expresándolo en segundos. Este viscosímetro es valido solo para determinar viscosidades cinemáticas comprendidas entre .
Alcohol
Propilenglicol
Agua
(30° C)
(32° C)
(31° C)
45.39
6’55,95
18.46
45.41
6’55,66
18.66
45.38
6’55,79
16.52
̅
̅
̅= 18.54
Mediante la siguiente fórmula podemos hallar la viscosidad de los fluidos, sabiendo que la constante del viscosímetro de referencia 1B es 0.05 cSt/s:
Para alcohol:
Placa de vidrio. Con una placa de vidrio de 9.5 x 3.6 cm, un cronometro manual, una jeringa de plástico y 3 líquidos distintos (agua, glicerina, alcohol etílico) se construyo el siguiente sistema en donde se pudo observar y analizar empíricamente la viscosidad de los fluidos con respecto al tiempo en que tardaban en llegar al final de la placa de vidrio.
Para propilenglicol:
Para agua:
2
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6. Experimento teórico.
Calculo de errores. Sabiendo que los valores teóricos de los fluidos anteriores son:
Al colocar una aguja e n la superficie de un vaso con agua nos damos cuenta que la aguja no se sumerge, este fenómeno es gracias a la tensión superficial producida por el fluido, la cual es posible por la atracción de las moléculas del liquido por debajo de la superficie. La película formada gracias a la cohesión de las partículas puede visualizarse con base en la energía superficial o el trabajo por unidad de área requerida para llevar las moléculas a la superficie. Este experimento es posible solo utilizarlo con líquidos con baja tensión superficial, por ejemplo, el agua cuyo valor es 0.074 N/m a 20°C. A diferencia del mercurio que es de 0.51 N/m se necesita mayor energía superficial para crear la película que permite hacer que la aguja flote; por esta razón este experimento no funciona con fluidos de baja densidad como el mercurio.
Cálc ulo s experim entales – Placa de vidrio .
Placa de v idrio (s) Alcohol
Propilenglicol
Agua
Glicerina
(30° C)
(32° C)
(31° C)
(31° )
1.22
5.71
1.32
16.62
1.48
5.40
1.22
13.36
1.63
6.38
1.29
13.56
̅
̅
̅= 1.28
7. Conclusiones. Al realizar esta experiencia nos damos cuenta que las fuerzas que actúan para deformar un fluidos son los esfuerzos cortantes, que este a su vez, es la componente de la fuerza tangente a la superficie sobre su área. Al aumentar la temperatura, propiedades como la viscosidad y la tensión superficial son afectadas ya que ambas son efecto de la cohesión molecular y esta disminuye inversamente proporcional con la temperatura, conllevando a esto a un aumento de volumen. Si se habla de aumento de presión debe saberse que la densidad varía directamente proporcional con esta, por lo tanto se genera una disminución de volumen; cabe resaltar que los líquidos son incompresibles, y esta teoría es válida solo para cambios bruscos de presión.
5. An ális is d e resultad os . En el cálculo de los errores relativos que se realizó en la sección 4, se puede observar un porcentaje bastante alto, esto se debe a que el viscosímetro presentaba una grieta en la bola de avance, la cual no permitía un vacio total en el instrumento, el accionar tardío del cronómetro, la falta de precisión al momento de tomar medidas y al ambiente inapropiado de trabajo que tenia poca luz.
Al medir viscosidades es necesario utilizar instrumentos muy bien calibrados y en óptimas condiciones, ya que de lo contrario, lo esperado sería un porcentaje de error elevado y las medidas no serían recomendables para ningún tipo de estimación.
Por otro lado, los resultados obtenidos del experimento con la placa de vidrio fueron los esperados, aunque para los alcoholes la prueba se dificultó un poco ya que estos se evaporaban antes de cumplir el recorrido estipulado, pero para el agua y la glicerina se realizo la prueba sin inconvenientes.
De los fluidos problemas, el más viscoso fue la glicerina ya que las fuerzas de cohesión entre sus moléculas son mayores a diferencia del agua, que fue el menos viscoso ya que fluía con mayor facilidad.
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8. Referen ci as bi bli og ráfic as. [1] Victor L. Streeter, E. Benjamin Wylie, Keith W. Bedford.MECANICA DE FLUIDOS. 9º edición. Ed.Mc Graw Hill. [2]Irving H. Shames. MECANICA DE FLUIDOS. 3º edición. Ed.Mc Graw Hill. [3] Claudio Mataix. MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS. 2º edición. Ed. Alfaomega.
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