determinacion de la viscosidad

7/21/2019 Determinacion de la viscosidad

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Universidad de La SerenaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería MecánicaLaboratorio de Mecánica de Fluidos I

DETERMIN!I"N DE L#IS!"!IDD DE UNFLUID"

L #IS!"!IDD ES L RESISTEN!I $UE "%"NE UN FLUID" M"#ERSE %"R EL R"!E ENTRE LS M"LE!ULS DEL FLUID"&MEDINTE UN #IS!"!'METR"( !L!ULM"S EST M)NITUD

E*%ERIMENTLMENTE( #RIND" L)UN"S %RMETR"S +RELI,ND" RE%ETIDS %RUE-S %R SE)URR UNM+"R E*!TITUD& FINLMENTE !"M%RM"S !"M" SE!"M%"RT- SU #IS!"!IDD MEDID $UE L TEM%ERTURUMENT-&

SE-STI.N NI!"L.S -"NNI #RS




INTR"DU!!I/N

Un fluido es tipo de medio continuo constituido por alguna sustancia formada por moléculas que se mantienen unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles y las

paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. En el

cambio de forma de un fluido la posición que toman sus moléculas varía, ante una

fuerza aplicada sobre ellos, pues ustamente fluyen. !os líquidos toman la forma

del recipiente que los aloa, manteniendo su propio volumen, mientras que los

gases carecen tanto de volumen como de forma propias. !as moléculas no

cohesionadas se deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases.

!os fluidos est"n conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos

mucho menos viscosos #casi fluidos ideales$.

!a viscosidad #%$ es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, es

debida a las fuerzas de cohesión moleculares. &odos los fluidos conocidos

presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una

apro'imación bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene

viscosidad se llama fluido ideal.

(entro de las clasificaciones que e'isten de los fluidos, en cuanto a su viscosidad,

est"n la de los fluidos newtonianos y no newtonianos, los primeros cumplen la

siguiente condición)

τ = μ du

dy

*iendo τ la tensión de corte, u la velocidad e y la altura de la película de

fluido, cuando un fluido no cumple esta igualdad, estos se llaman fluidos no

ne+tonianos y en la gr"fica de τ vs du/dy forman curvas no lineales, o en el

caso de un pl"stico ideal necesitan de una tensión inicial para comenzar la

deformación. En este laboratorio se analizó el tipo ne+toniano.

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

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




"-0ETI#"S )ENERLES + ES%E!'FI!"S

La determinaci1n de la viscosidad se reali2a a trav3s de un aparatollamado viscosímetro( de los cuales e4isten distintos tipos5 como el deleng6eta ultras1nica( 7ue mide el retardo de ondas ultras1nicas 7ue serelacionan con la viscosidad8 el viscosímetro de Sa9bolt( 7ue mide eltiempo 7ue tardan :; cm< en caer8 o el rotatorio 7ue mide el tiempo 7uetarda en caer un cuerpo atado a un cilindro rotatorio 7ue gira dentro deotro inundado por el =uido& Este >ltimo ?ue el tipo de viscosímetroutili2ado para medir la viscosidad de un aceite de engrana@es A*cel )LBC

;B;G

L!N!ES DE L E*%ERIEN!I

La viscosidad en un =uido neHtoniano no es siempre constante( 9a 7ue amedida 7ue aumenta la temperatura la viscosidad disminu9e& Dentro deesta e4periencia se traba@1 en un rango de temperatura ambiente JK! 9 una relativamente alta temperatura : !&

El diagrama representa al viscosímetro utili2ado en la e4periencia(donde se reali2aron cuatromediciones de tiempo adistintos niveles de aceite l eigual masa m 9 temperatura8luego se reali2aron cincomediciones más a di?erentesmasas( pero con el nivel

má4imo de aceite( 9 por ultimoseis mediciones con todas lasvariables iguales( perodi?erentes temperaturas&

Debido a ra2ones de roce e4isteun pe7ueo error en los




resultados( 7ue minimi2aremos determinando una constante AeG 7ueserá determinada e4perimentalmente&




%R"!EDIMIENT"

El procedimiento reali2ado en este laboratorio es el siguiente5 se

procede verter aceite entre los cilindros( se mide el nivel 9 se registraese dato( luego se le coloca una masa al cord1n( 7ue tambi3n esregistrada( 9 se suelta registrando el tiempo de caída( este proceso serepite varias veces con distintos niveles de aceite&

Luego cuando se Oa alcan2ado el má4imo nivel de aceite( se procede avariar la masa( en ese caso agregando de die2 en die2( repitiendo ele4perimento varias veces como ?uese necesario&

Luego se procede a colocar un term1metro en el viscosímetro( 9 reali2arlos mismos procedimientos( a masa constante 9 nivel constante&

DT"S RE!"LE!TD"S

Fórmula a utilizar

μ=( b

2−a2 ) k

2g m t

4 π a2

b2

s(l+e )

Siendo:

- a5 radio del cilindro giratorio- b5 radio del cilindro contenedor- P5 radio del carrete del cordel- g5 aceleraci1n de gravedad- s5 largo total del cordel- l5 nivel de aceite- t5 tiempo- e5 valor absoluto de la coeQciente de posici1n de la regresi1n lineal

de la distribuci1n l vs t

Datos obtenidos1) T JK ! 8 m J; g

Nivel de aceite(mm)

Tiempo decaída (s)

K <J (KCJ J(J KJ(< (: K(J




<(CC K:(;C

J T JK ! 8 l <(CC mm

Masa () Tiempo decaída (s)

K J; K:(;CJ <; K;(< ; (;C C; :(C;C :; C(<C

< m J; g 8 l <(CC mm

Temperatura(!")

Tiempo decaída (s)

K JK K:(;CJ J (JC< J C(< CJ (K;C :; <(K;: : J(;




"#$"%$& D' $ *S"&S*DD D'$ "'*T'

!omo 9a es sabido el aceite a anali2ar( es un aceite de engrana@es A*cel

)LBC ;B;G 9 seg>n datos del ?abricante posee las siguientescaracterísticas5

+ropiedad %nidad alorDensidad PgVm< J#iscosidad !inemática;!

mmJVs KJ

#iscosidad !inemáticaK;;!

mmJVs K(J

%or tanto podemos concluir 7ue la viscosidad absoluta( resultante de lamultiplicaci1n de la densidad por la viscosidad cinemática a ; ! esK(J: poise ,1./ W%aXsY

Determinación de la constante e

%ara la determinaci1n de la constante AeG se debe reali2ar una regresi1nlineal entre los puntos l( t5

tiempo(s)

altura(mm)

01 <J1.0 J(J

100. (:1/, <(CC




Seg>n lo 7ue podemos ver en la primera regresi1n( el valor del;Z;( por tanto Oa9 un error en los cálculos( si eliminamos el primerdato( obtenemos la siguiente regresi1n5

KJ K< K KC K: K;

K;

J;

<;

;

C;:;

;

;

;

K;;

?4 C&:4 B ;&<R[ K

TIEM%" DE !ID s

NI#EL DE !EITE mm

En esta regresi1n el valor de l;B;(JK\; 9 una correlaci1n ma9or(entonces concluimos( lamentablemente( 7ue la primera medici1n sereali21 de ?orma err1nea( por tanto la eliminaremos 7uedándonos s1locon tres puntos 9 una constante e;&< mm

Datos preliminares del viscosímetro:

tiempo(s) altura(mm)1.0 J(J

100. (:1/, <(CC




%ara la e4periencia se utili21 un viscosímetro rotatorio !enco modeloJ<C con las siguientes características5

a JC mm

b <; mmP K:(C mms K m

Determinación de viscosidades:

De aOora en adelante( para e?ectos prácticos( deQniremos la siguiente?unci1n5

µ ( m , l , t )=( b

2−a2) k

2g m t

4 π a2

b2

s ( l+e ) ,los datos se asumiránm en [ g ] ,len [mm ] y t en[ s]

Entonces5

] Datos err1neos eliminados

%romedio ;&<CJ W%aXsY

%romedio ;&<C< W%aXsY

!alculamos un promedio de los datos obtenidos para apro4imarnos a laviscosidad real 9 obtenemos 7ue a JK ! la viscosidad de este aceite es,234 W%aXsY

ariación de la viscosidad respecto a la temperatura:

Se tomaron datos de viscosidades a di?erentes temperaturas dándonoslos siguientes resultados5

+rimer rupo dedatos

iscosidad(+a5s)

K ^J;( <J( &KC ;&J::J ^J;( J&J( KJ& ;&<CCK< ^J;( &:( K&J ;&<CJ: ^J;( <&CC( K:&;C ;&<CC;

Seundo rupode datos iscosidad(+a5s)K ^J;( <&CC( K:&;C ;&<CC;J ^<;( <&CC( K;& ;&<:K;< ^;( <&CC( &;C ;&<C:K ^C;( <&CC( :&C; ;&<CCC ^:;( <&CC( K:&;C ;&<CC;




Estos datos están graQcados en la siguiente distribuci1n5

K; J; <; ; C; :; ; ;;

;&;C

;&K

;&KC

;&J

;&JC

;&<

;&<C

;&

?4 ;&;K 4_BK&C:R[ K

TEM%ERTUR !

#IS!"SIDD -S"LUT %aXs

6 Tercer rupo dedatos

Temperatura(!")

iscosidad(+a5s)

1 ^J;( <&CC( K:&;C JK ;&<CC;. ^J;( <&CC( &JC J ;&J;:

3 ^J;( <&CC( C&< J ;&KKJ0 ^J;( <&CC( &K; CJ ;&;; ^J;( <&CC( <&K; :; ;&;::/ ^J;( <&CC( J&; : ;&;C<K




Se a@ust1 una curva para la distribuci1n dentro del intervalo WJK( :Yresultando la más representativa( una del tipo potencial( con un alto RJ5

μ=40,008 · T −1.556

; siendoμ la viscosidad absoluta y T la temperatura enºC

"omparación con la in7ormación del 7abricante:

Seg>n el ?abricante( a unos ; !( el aceite debería tener una viscosidadde apro4imadamente ;(KJ: W%aXsY 9 seg>n nuestro a@uste la viscosidad

a una temperatura del =uido a ; ! es de ;(KJ: teniendo un errorporcentual respecto a la in?ormaci1n del ?abricante de un K(C`




REFEREN!IS

Universidad de La Serena& J;KC& Viscosidad de un Fluido, Laboratorio 1. LaSerena&

uHait %etroleum International Lubricants U Ltd& J;KC& "btenido de $"ils5 Ottp5VVHHH&7oils&co&uPVdoHnloadstempV:<abeB;dBbBa<?bB:K<cJb:cbJC&pd?

*cel Lubricants& s&?&& xcellube. "btenido deOttp5VVHHH&4cellube&comVspecsVgear&pd?

determinacion de la viscosidad

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