II Practica de Laboratorio Capilaridad

Viscosidad Mecánica De Fluidos I

“PRACTICA DE LABORATORIO: VISCOSIDAD”

1. RESUMEN

La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a fluir, como resultado de la interacción y cohesión de sus moléculas.

Con referencia, se consideran dos placas planas y paralelas de grandes dimensiones, separadas una pequeña distancia Y, y con el espacio entre ellas lleno de un fluido. Se supone que la placa superior se mueve a una velocidad constante, al actuar sobre ella.

En los líquidos la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura, pero no se ve afectada apreciablemente por las variaciones de presión. La viscosidad absoluta de los grandes aumenta al aumentar la temperatura, pero casi no varía con la presión. Como el peso específico de los gases varía con la presión (a temperatura constante), la viscosidad cinemática es inversamente proporcional a la presión. Sin embargo, de la ecuación anterior, g = w.

2. INTRODUCCION

En general, la materia puede clasificarse por las formas físicas en que se presenta. Estas formas, conocidas como fases, son la sólida, la liquida y la de gas o vapor. Los fluidos comprenden las fases líquida y gaseosa (o de vapor) de la materia. En general, todos estamos familiarizados con las características distintivas de esas fases, comparadas con la fase sólida. Sin embargo, también sabemos que los líquidos y los gases tienen aspectos completamente distintos; por lo tanto, debemos buscar una característica común que nos permita clasificarlos simplemente como fluidos. Al discutir la dinámica de fluidos, nos interesa el comportamiento de los fluidos en movimiento y la forma en que este comportamiento se relaciona con los momentos y las fuerzas aplicados. Tanto los líquidos como los gases y vapores tienen en común una forma distinta de reaccionar cuando están sometidos a esfuerzos tangenciales, lo cual explica su «fluidez» y proporciona la clave básica para desarrollar los principios de la dinámica de los fluidos.

El campo que abarca la Ingeniería Civil es bastante amplio; pero dentro de este universo ingenieril, se encuentra una de las ramas de gran importancia que forma uno de los pilares de la Ingeniería, como son los Fluidos.

Para comprender el comportamiento de los Fluidos en la naturaleza es necesario realizar estudios que a veces son simples de realizar pero de gran importancia en la solución de problemas que un ingeniero debe afrontar.

En esta oportunidad, el trabajo que estamos presentando está constituido por la determinación de la viscosidad de un determinado fluido (grasa) la cual fue empleada en dicha práctica, para ello utilizaremos un plano inclinado de 40°.

Universidad Nacional de Cajamarca Página 1


3. Objetivos Generales Determinar la viscosidad dinámica o absoluta de tres tipos de aceite de manera experimental y compararlos con los proporcionados por los fabricantes Objetivos específicos

1. Determinar la viscosidad dinámica o absoluta de aceite de vehículo gasolinero (SAE 30W) y petrolero(SAE 40 y 60) para ángulos de 30º 45º 60º

2. Establecer una comparación entre el valor real de viscosidad y el valor obtenido en la práctica

3. Aplicar los conocimientos teóricos adquiridos en clase, a solución de un problema real.

4. EQUIPO A UTILIZAR:

Viscosímetro (Plano inclinado)

Aceite de carro

Bloque deslizante

Transportador

Franela



5. REVISIÓN DE LITERATURA

1. MARCO TEORICO:

3.1 FLUIDO:

Un fluido es una sustancia o medio continuo que se deforma

continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o

tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta.

También se puede definir un fluido como aquella sustancia que,

debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y

adopta la forma del recipiente que lo contiene.

Características:

La posición relativa de sus moléculas puede cambiar

continuamente.

Todos los fluidos son compresibles en cierto grado.

Tienen viscosidad.

Dependiendo de su viscosidad fluyen a mayor o menor

velocidad. Mientras más viscoso fluye con menor velocidad,

mientras menos viscoso fluye con mayor velocidad.

Su viscosidad es independiente de la densidad

Clasificación:

Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo a diferentes

características que presentan en:

Fluido Newtoniano:

Un fluido newtoniano es un fluido con viscosidad en que las tensiones

tangenciales de rozamiento son directamente proporcionales al

gradiente de velocidades.

Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos

newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el

aire, el agua, la gasolina y algunos aceites minerales.

Ecuación constitutiva:

Matemáticamente el rozamiento en un flujo unidimensional de un

fluido newtoniano se puede representar por la relación:


http://es.wikipedia.org/wiki/Gasolina

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire

http://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_tangencial

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_tangencial

http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad


τ=μdvdy

Donde:

es la tensión tangencial ejercida en un punto del fluido o

sobre una superficie sólida en contacto con el mismo, tiene

unidades de tensión o presión ([Pa]).

es la viscosidad del fluido, y para un fluido newtoniano

depende sólo de la temperatura, puede medirse en [Pa·s] o

[kp·s/cm2].

dvdy

es el gradiente de velocidad perpendicular a la dirección al

plano en el que estamos calculando la tensión tangencial, [s−1].

Fluido No Newtoniano:

Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad varía con el

gradiente de tensión que se le aplica. Como resultado, un fluido no-

newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a

diferencia de un fluido newtoniano.

Líquidos:

El líquido es uno de los tres estados de agregación de la materia, un

líquido es un fluido cuyo volumen es constante en condiciones de

temperatura y presión constante y su forma es esférica. Sin embargo,

debido a la gravedad ésta queda definida por su contenedor. Un

líquido ejerce presión en el contenedor con igual magnitud hacia

todos los lados.

Si un líquido se encuentra en reposo, la presión que ejerce está dada

por:

Donde ρ es la densidad del líquido y z es la distancia del punto debajo

de la superficie.

Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente

se expanden cuando se incrementa su temperatura y se comprimen


http://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridad

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial

http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido_newtoniano

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Gradiente

http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nica


cuando se enfrían. Los objetos inmersos en algún líquido son sujetos a

un fenómeno conocido como flotabilidad.

Cuando un líquido sobrepasa su punto de ebullición cambia su estado

a gaseoso, y cuando alcanza su punto de congelación cambia a

sólido.

Gases:

Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene

forma propia. Su principal composición son moléculas no unidas,

expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tenga

forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el

volumen del recipiente que la contiene, con respecto a los gases las

fuerzas gravitatorias y de atracción entre partículas resultan

insignificantes.

3.2 VISCOSIDAD:

La viscosidad es una medida de la resistencia del fluido a derramarse

o fluir por el interior de un conducto. En general, se definen dos tipos

de viscosidad.

La viscosidad dinámica : se define como:

Donde:

es la tensión tangencial (se opone al movimiento) y es la dirección normal al movimiento.

La unidad fundamental en el sistema c.g.s. es el poise,

definido como :

En la práctica, se utiliza en centipoise, que es la centésima parte de un poise.

La viscosidad cinemática: se define como:


http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lido

http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_congelaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes


Donde:

es la densidad del fluido.

La unidad fundamental es el Stoke.

Aunque en la práctica se utiliza el cetistoke (cSt).

Procedimiento:

1. Se pesa el pequeño bloque.2. Medimos el ángulo de inclinación que tendrá la superficie sobre la cual

resbalará el bloque.

Superficie donde muestra el grado de inclinación

3. Medimos el área lateral que estará en contacto con el fluido a usar.

4. Se frota el fluido de tal manera que se forme una película la cual encaje exactamente el espacio entre el bloque y la superficie.



5. Se coloca el bloque en la línea marcada y Se deja que resbale, en tanto se toma el tiempo en llegar al final de la superficie.

6. Se repite este procedimiento cada 4 veces, con el fin de obtener un tiempo promedio

Cálculos y resultados

PARA EL ACEITE DE CARRO

ENSAYO Nº 1Datos

Angulo de inclinación 30 grados Área 72 cm2

Longitud 40 cm. Tiempo promedio 3.819 s Masa 422 gr Espesor de la película 1.00 mm

Cálculos

1. Calculo del área de contacto:



Largo: 0.10mAncho: 0.036mLuego el área es: 0.0036m2

Entonces, el área total de contacto es: 2x 0.0036m2 = 0.0072 m2

2. encontramos el peso

Sabemos que W=mg

W= (0.422Kg) x (9.81m

s2)

W= 4.14 N

3. encontrando la velocidad

Formula a emplear e = vt

Despejando velocidad tenemos v= et

Reemplazando datos

V = 40 cm

3.819 s V = 10.4739

cms

V = 0.1047 ms

4. Encontrando la fuerza

5. Por condición de equilibrio



F = W sen 30F = (4.14N)(sin 30)F = (4.14N)(0.5)

F = 2.07 N

6. Encontramos la viscosidad

Sabemos que:

t = udvdy

t = FA

Como la distribución de las fuerzas es lineal, entonces:

t = u Ve

Despejando u tenemos:

u = F . eA .V

Donde:

u : Viscosidad dinámica ( N . S

m2 )

V : Velocidad ( ms

)

A : Área ( m2) F : Fuerza ( N ) e : Espesor de la película (m)

Reemplazando datos

u = (2. 0 7 N )(1.00∗10−3 m)

(72∗10−4 m2 )(0 . 1047ms)



u = 2.746 N . S

m2

ENSAYO Nº 2Datos

Angulo de inclinación 45 grados Área 72 cm2 = 72*10−4 m2

Longitud 40 cm.

Tiempo promedio 0.909 s Masa 422gr Espesor de la película 0.30 mm = 0.3*10−3 m2

Cálculos1. encontramos el peso

Sabemos que W=mg

W=(0.422Kg)x(9.81m

s2)

W= 4.14 N




Reemplazando datos

V = 40 cm

0 .909 s

V = 44.0044cms

V = 0.44 ms

3. ENCONTRANDO LA FUERZA



4. por condición de equilibrio

F = W sin 45F = (4.14N)(sin 45)F = (4.14N)(√2/2)

F = 2.9275N5. encontramos la viscosidad

Sabemos que: t = udvdy

t = FA


t = u Ve


u = F . eA .V

Donde:


m2 )

V : Velocidad ( ms

)


Reemplazando datos



u = (2.9275 N )(1.00∗10−3 m)

(72∗10−4 m2 )(0 . 44ms)

u = 0.9224 N . S

m2

ENSAYO Nº 3Datos

Angulo de inclinación 60 grados Área 72 cm2 = 72*10−4 60 Longitud 40 cm. Tiempo promedio 0.416 s Masa 422gr Espesor de la película 1mm = 1.00*10−3 m2


Sabemos que W=mg

W=(0.422Kg)x(9.81m

s2)

W= 4.14 N




Reemplazando datos

V = 40 cm

0.416 s

V = 96.1538 cms

V = 0.9615 ms





F = W sin 60F = (4.14N)(sin 60)F = (4.14N)(√3/2)



t = FA


t = u Ve


u = F . eA .V

Donde:


m2 )

V : Velocidad ( ms

)


Reemplazando datos



u = (3.5853 N )(1.00∗10−3 m)

(72∗10−4 m2 )(0 . 9615ms

)

u = 0.517 N . S

m2

ENSAYO Nº 1

Datos Angulo de inclinación 45 grados Área 72 cm2 = 72*10−4 60 Longitud 40 cm. Tiempo promedio 4.624 s Masa 422gr Espesor de la película 1mm = 1.00*10−3 m2


Sabemos que W=mg

W=(0.422Kg)x(9.81m

s2)

W= 4.14 N




Reemplazando datos

V = 40 cm

4.624 s

V = 8.6505cms

V = 0.0865 ms





F = W sin 45F = (4.14N)(sin 45)F = (4.14N)(√2/2)



t = FA


t = u Ve


u = F . eA .V

Donde:


m2 )

V : Velocidad ( ms

)


Reemplazando datos



u = (2.9274 N )(1.00∗10−3 m)

(72∗10−4m2 )(0 .0865ms)

u = 4.6997 N . S

m2

ENSAYO Nº 2

Datos Angulo de inclinación 60 grados Área 72 cm2 = 72*10−4

Longitud 40 cm. Tiempo promedio 2.424 s Masa 422gr Espesor de la película 1mm = 1.00*10−3 m2


Sabemos que W=mg

W=(0.422Kg)x(9.81m

s2)

W= 4.14 N




Reemplazando datos

V = 40 cm

2.424 s

V =16.5017cms

V = 0.1650 ms





F = W sin 60F = (4.14N)(sin 60)F = (4.14N)(√3/2)



t = FA


t = u Ve


u = F . eA .V

Donde:


m2 )

V : Velocidad ( ms

)


Reemplazando datos



u = (3.5853 N )(1.00∗10−3 m)

(72∗10−4 m2 )(0 . 1650ms

)

u = 3.01179 N . S

m2

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Se logro determinar la viscosidad dinámica del aceite de carro SAE-30 y de la miel de caña

Viscosímetro 1 Viscosímetro 2

Viscosidad Ens. 1 Ens. 2 Ens. 1 Ens. 2 Promedio

Aceite 0.30 0.27 0.28 0.28 0.2825miel 12.48 15.26 55.61 50.09 33.36

De los resultados obtenidos de la practica para el aceite SAE-30 se obtuvo un

promedio de 0.2825N∗s

m2 , asimismo el valor real de la viscosidad de dicho

fluido es 0.35 N∗s

m2 ; de donde se puede concluir que la variación obtenida en

el laboratorio es producto de que el equipo utilizado no es el optimo para este tipo de ensayos.

Se logro aplicar la teoría a la práctica ya que se logro obtener los valores de la viscosidad de los fluidos utilizados.

Los datos obtenidos en el laboratorio son aproximados debido a errores por manejo de equipo de su actual condición.

RECOMENDACIONES

Se debe tener mayor cuidado en el manejo del equipo de laboratorio, debido a que es escaso.

Tener cuidado al escurrir el fluido sobre la superficie en contacto del viscosímetro y tratar de que este cubra el espacio entre el bloque y la superficie.

Homogenizar con el fluido la superficie por donde se va a deslizar el bloque para que la velocidad sea continúa.



7. BIBLIOGRAFIA Ranald V. Giles, Jack B. Evertt, Cheng Liu Mecánica de los fluidos e hidráulica

Tercera Edición Robert L. Mott : “Mecánica de fluidos” Sexta Edición

Otelo limosa

www.astm.org

www.flowcontrolnetwork.com


http://www.flowcontrolnetwork.com/

http://www.astm.org/

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