INTRODUCCION

Existen varios métodos para medir la viscosidad absoluta; en esta práctica de mecánica de fluidos usaremos un mecanismo para determinarla. Este método nos brindara mejores resultados y su procedimiento es más fácil que otros.

Primero definimos que la viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido a ser deformado por un esfuerzo de cizallamiento. Es normalmente conocido como comportamiento de fluidez o resistencia interna de un fluido a circular o fluir.

En nuestra práctica es de mucha importancia saber cuál es el procedimiento que se debe seguir para poder manejar el mecanismo que nos ayudara a determinar la viscosidad. Para eso escuchamos las explicaciones del Ing. José Longa Alvarez que en todo momento nos ayudó en el desarrollo de dicha práctica.

OBJETIVOS

- Definir experimentalmente los valores de viscosidad de diferentes fluidos .- Comparar los datos obtenidos con otros datos encontrados en textos revisados.

MARCO TEORICO

1) DEFINIMOS VISCOSIDAD.  La viscosidad de un líquido es la oposición que este presenta ante el flujo. Causada por grandes fuerzas intermoleculares que hacen que las moléculas e j e r z a n g r a n d e s f u e r z a s d e r o z a m i e n t o u n a s s o b r e o t r a s . T a l c o m o e n l a tensión superficial la fuerza intermolecular se ven afectadas por la inducción de energía térmica, sin embargo hay líquidos que escapan a esta regla por la utilización de aditivos o por sus propiedades naturales. Entre más cerca del centro superficial del líquido se encuentren las moléculas estás fluirán con una relativamente menor viscosidad (fluirán con mayor facilidad).

Los fluidos reales se caracterizan por poseer una resistencia a fluir (viscosidad), eso significa que en la práctica para mantener la velocidad en un líquido es necesario aplicar fuerza o presión en nuestro caso aplicaremos el peso ayudado por la gravedad.La viscosidad de un líquido crece al aumentar el número de moles y disminuye al crecer la temperatura.Para determinar la viscosidad se hace empleo de diferentes métodos como por ejemplo citaremos algunos:

2) TIPOS DE VISCOSIDADa) VISCOSIDAD DINÁMICA O ABLOSUTA

Cuando un fluido se mueve, se desarrolla en él una tensión de corte, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. La tensión de corte, puede definirse como la fuerza requerida para deslizar una capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia. Así pues la tensión cortante es una fuerza dividida entre un área y puede medirse en unidades de newton por metro cuadrado o lb/pies2. En un fluido como el agua, el aceite, el alcohol, o cualquier otro liquido común, encontramos que la magnitud de la tensión de corte es directamente proporcional al cambio de velocidad entre diferentes posiciones del fluido.

En la siguiente imagen se ilustra el concepto de cambio de velocidad en un fluido mediante la exhibición de una capa delgada del fluido situada entre dos superficies, una de las cuales está estacionaria, mientras que la otra se esta moviendo.

Gradiente de velocidad en fluido en movimiento

Se utilizan muchos sistemas de unidades diferentes para expresa la viscosidad. Los sistemas que se utilizan con más frecuencia se describen en la presente sección para la viscosidad dinámica, y en la siguiente para viscosidad cinemática. La definición de viscosidad dinámica se resume en:

µ=τ△ ν△ y

= τ(△ ν△ y ¿

Las unidades para µ pueden derivarse al sustituir unidades SI en lugar de las cantidades involucradas en la ecuación de manera siguiente:

µ= Nm2x mm /s=N . sm2

Puesto que el Pa es otro nombre para las unidades N/m2, también podemos expresar µ como:

µ=Pa.s

b) Viscosidad cinemática Muchos cálculos en mecánica de fluidos implican el cociente de la viscosidad dinámica entre la densidad del fluido. Como una conversión, la viscosidad cinemática, ν (letra griega ny), se define como

ν= µ/ρPuesto que µ y ρ son propiedades del fluido, ν tambiénlo esEn la siguiente tabla se presentan las unidades de viscosidad cinemática en los tres sistemas utilizados con más frecuencia. Las dimensiones básicas de longitud al cuadro divididas entre el tiempo son evidentes en cada sistema. Las unidades de stoke y centistoke se presentan debido a que los datos publicados, a menudo, emplean tales unidades.

3) VARIACION DE LA VISCOSIDAD El aceite de motor por lo general es bastante difícil de vaciar cuando esta frio, lo cual indica que tiene una viscosidad alta. Conforme la temperatura del aceite va aumentando, su viscosidad disminuye notablemente.Todos los fluidos exhiben este comportamiento en algún grado. En el apéndice D se presentan grafivas de la viscosidad dinámica contra la temperatura para muchos liquidos comunes.

En la siguiente figura se muestra curvas típicas de aceites con índice de viscosidad de 50, 100, 140. El índice de viscosidad es determinado mediante medición de la viscosidad de una muestra del fluido a 40 °C y a 100 °C y comparando con estos valores con los ciertos fluidos de referencia.

Curvas de índice de viscosidad típicos

4) GRADOS DE VISCOSIDAD SAE

En la siguiente tabla observamos algunos índices de viscosidad de aceites comunes:

Grados de viscosidad lubricantes de transmisiones de ejes y manuales:

5) ALGUNOS METODOS USADOS PARA MEDIR LA VISCOSIDAD

a) Viscosímetro de Ostwald.

Este se utiliza para determinar la viscosidad relativa y es uno de los más usados;Consiste en medir el tiempo que tarda en descender cada líquido una distancia por un tubo capilar pequeño de cristal a causa de una diferencia de presión desconocida.

b) Viscosímetro SayboltEste equipo consiste en un recipiente destinado a contener el fluido cuya viscosidad se quiere determinar y donde en su parte inferior dispone un orificio de diámetro normalizado. Este recipiente se halla a su vez dentro de otro que le sirve de baño termostático para poder determinar viscosidades a distintas temperaturas. Está dotado de un sistema de calentamiento integrado.

c) El viscosímetro de caída de bola

El viscosímetro de caída de bola VISCO BALL se basa en el sistema de medida Höppler. Mide el tiempo en el que una esfera sólida necesita para recorrer una distancia entre dos puntos de referencia dentro de un tubo inclinado con muestra.Los resultados obtenidos se determinan como viscosidad dinámica en unidades de medida estandarizada del Sistema Internacional (mPa·s).

6) UNIDADES DE LA VISCOSIDAD

La viscosidad de un fluido puede medirse por un parámetro dependiente de la

temperatura llamado coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad:

Coeficiente de viscosidad dinámico, designado como η o μ. En unidades en el SI:

[µ] = [Pa·s] = [kg·m-1·s-1] ; otras unidades:

1 poise = 1 [P] = 10-1 [Pa·s] = [10-1 kg·s-1·m-1]

Coeficiente de viscosidad cinemático, designado como ν, y que resulta ser igual al

cociente entre el coeficiente de viscosidad dinámica y la densidad del fluido.

ν = μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el stokes

(St).

PROCEDIMIENTO

MATERIALES Y EQUIPOS.

-Vernier

- centímetro

- transportador

- cronómetro

-termómetro

-Gasolina

- múltiples aceites

- viscosímetro

PROCEDIMIENTO

1- Armamos el equipo y tomamos todas las medidas como del

cilindro, la longitud que va a desplazarse, los ángulos,

etc. correspondientes.

2- Empapamos con el aceite constantemente toda la superficie a deslizar para que haya lubricación y el cilindro se pueda desplazar la longitud de 43 cm, tomando los tiempos correspondientes con el cronómetro.

3- Limpiamos el viscosímetro con la gasolina para determinar la viscosidad de otro tipo de aceite y nuevamente tomamos los tiempos respectivos.

DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD.

Datos generales de viscosímetro a usar:

- Largo del tubo guía 43 cm.- Largo de la placa móvil 10.35 cm.- Diámetro mayor de la placa móvil 3.31 cm.- Diámetro menor de la placa móvil 2.79cm.- Densidad del acero /kg/m3) 7800.

Hallamos la distancia que recorre la placa móvil

Largo de la placa – largo de la placa móvil = distancia recorrida

43cm - 10.35cm = 32.65cm

1) ACEITE N° 1 SAE 25W-50.

ACEITE N° 1 SAE 25W-50.ANGULOS 60° 30°

N° DISTANCIA(metros) TIEMPO(segundos) TIEMPO(segundos)1 0.32m 1.13 1.252 0.32m 1.03 1.503 0.32m 1.05 1.044 0.32m 1.11 1.305 0.32m 1.10 1.33Tiempo promedio 1.084 1.284

Hallamos la viscosidad de acuerdo a la formula

μ=F .Y

V móvil . Acontacto…

Donde:

μ :viscosidad absolutaF : fuerzaY :espesor del lubricanteV móvil : velocidad de la placamóvil Acontacto : áreade la placamóvi l

HALLAMOS CADA UNA DE LAS VARIABLES PARA REEMPLAZAR

a) Calculamos el peso de la placa móvil Calculamos el peso mediante la expresión:

Wmóvil=mmóvil . g…..1

Donde:

Wmóvil : peso delmóvilmmóvil :masa delmóvilg : fuerzade la gravedad=9.82ms2

No conocemos la masa del móvil, pero identificamos que está fabricado de acero, y mediante la densidad de este podemos hallarla por la expresión:

ρacero=maceroV acero

Donde:

ρacero :densidaddel acero=7800Kgm3mmóvil :masadelmóvil

V móvil : volumendelmóvil

HALLAMOS EL VOLUMEN DEL ACERO

V acero=(0.0332−0.02792 )

4. π h ….. 2

V acero=¿2.511 x10−5m3

Reemplazamos el volumen para hallar la masa

mmó vil=7800Kgm3.V mó vil…..3

mmó vil=¿0.200Kg

Reemplazamos 3 en 1 para hallar el peso

Wmóvil=mmóvil . g…..1

Wm óvil =0.200Kg.9.81m/s

Wmóvil=1.962 N

b) Hallamos F para reemplazar la ecuación de la viscosidad con el ángulo de 60°: DCL

F=mg.sen60°

F=1.962X0.866

F=1.699N

c) Cálculo del Área de contacto de la Placa móvil para reemplazar en la ecuación de la viscosidad:

Para el cálculo de esta área de contacto trabajaremos con el diámetro interno y la longitud de la placa móvil, entonces:

Acontacto=C interna x Lmóvil

Acontacto=(π Di ). (Lmóvil )…

Donde:

Acontacto : áreade contactoC interna :Circunferenciainternade la placamóvil

Lmóvil :Longitud de la placamóvi lDi :Diámetro Interno

Acontacto=(π Di ). (Lmóvil )Acontacto=(π .0 .027m ) . (0.103m )Acontacto=2.781 X 10−3m2

d) Calculo de la velocidad de la placa móvil.

Como ya tenemos entendido la velocidad es definida como la distancia recorrida en una unidad de tiempo, entonces:

V móvil=DT

Donde:

V móvil : velocidad delmóvilD :Distancia recorridaT :Tiempo promedio empleado

V mó vil=¿ 0 .3261.084

V mó vil=0.300m/S

AL TENER TODOS LOS DATOS REEMPLAZAMOS EN LA ECUACION DE LA VISCOSIDAD:

μ= F .YV móvil . A contacto

μ= 1.699 N x 10−3m0.3m /s . x 2.781 X10−3m 2

μ=2.03(Pa / s)

PARA EL ANGULO DE 30°

F=mg.sen30°

F=0.981N

μ= O .981N x 10−3m0.254m/ s x2.781 X 10−3m2

μ=1.389(Pa /s )

2) ACEITE N° 2 SAE 15W-40.

3) ACEITE N° 1 SAE 25W-50.ANGULOS 60° 30°

N° DISTANCIA(metros) TIEMPO(segundos) TIEMPO(segundos)1 0.32m 1.4 2.32 0.32m 1.2 1.93 0.32m 1.6 2.14 0.32m 1.2 2.45 0.32m 1.5 2.2Tiempo promedio 1.38 2.18

Seguimos el mismo procedimiento que del aceite N°1, y hallamos los mismos datos para reemplazar en la ecuación:

μ=F .Y

V móvil . Acontacto

TABLA DE RESULTADOS.

RESULTADOS

LUBRICANTE ÁNGULO F (N) Y(m) Vmóvil (m/s) Acontacto (m2) VISCOSIDADDINÁMICA

μpromedio

SAE 25W - 50

30 O.981 0.001 0.254 2.781 1.389 1.709

60 1.699 0.001 0.3 2.781 2.03

SAE 15W-4030 0.981 0.001 0.15 2.781 2.351 2.448

60 1.699 0.001 0.24 2.781 2.545

CONCLUSIONES

Aprendimos a determinar la viscosidad de los fluidos mediante el viscosímetro.

Profundizamos el concepto de viscosidad dinámica y cinética. Al comparar los resultados con los de textos observamos que hay un

pequeño margen.

CUESTIONARIO

1. ¿Por qué es necesario conocer la viscosidad de una sustancia?La viscosidad es una propiedad cuya importancia radica en que determina el comportamiento, en cuanto al movimiento, que puede presentar un fluido bajo ciertas condiciones, por ejemplo de presión y temperatura. Un fluido puede ser muy viscoso y moverse con dificultad, como por ejemplo la melaza; o puede ser poco viscoso y moverse con facilidad, como por ejemplo el aire y el agua, los cuales con frecuencia son objeto de interés en ingeniería.

2. Explique algunos métodos analíticos y/o gráficos para estimar la viscosidad de una sustancia.

A. Experimentos empleando el viscosímetro de cilindros concéntricos.

El fluido estudiado fue glicerina marca Reproquifin PQF como fluido newtoniano (aunque también puede emplearse un aceite vegetal o sintético). El procedimiento fue el siguiente: se vertió una cantidad de fluido en la copa del viscosímetro de tal forma que al introducir el cilindro interno la longitud L estuviera totalmente cubierta.

Posteriormente, se enrolló la cuerda en la polea de radio r hasta que el porta pesas quedó por debajo de la polea de radio ra. La fotocelda se colocó aproximadamente 1m por debajo de la polea. Esto con el fin de asegurarse que el porta pesas alcance una velocidad terminal. Se dejó descender libremente la porta pesas y se registró el tiempo que tarda en recorrer la distancia h al pasar por la fotocelda. Se incrementó la masa en el porta pesas y

se repitió el procedimiento descrito. Con las ecuaciones: y

se calcularon los valores de rapidez de deformación y esfuerzo, respectivamente, para generar la curva de flujo.

3. Indique otros métodos experimentales para la determinación de la viscosidad de líquidos, dando una breve explicación.

d) Viscosímetro de Ostwald.

Este se utiliza para determinar la viscosidad relativa y es uno de los más usados;Consiste en medir el tiempo que tarda en descender cada líquido una distancia por un tubo capilar pequeño de cristal a causa de una diferencia de presión desconocida.

e) Viscosímetro SayboltEste equipo consiste en un recipiente destinado a contener el fluido cuya viscosidad se quiere determinar y donde en su parte inferior dispone un orificio de diámetro normalizado. Este recipiente se halla a su vez dentro de otro que le sirve de baño termostático para poder determinar viscosidades a distintas temperaturas. Está dotado de un sistema de calentamiento integrado.

f) El viscosímetro de caída de bola

El viscosímetro de caída de bola VISCO BALL se basa en el sistema de medida Höppler. Mide el tiempo en el que una esfera sólida necesita para recorrer una distancia entre dos puntos de referencia dentro de un tubo inclinado con muestra.Los resultados obtenidos se determinan como viscosidad dinámica en unidades de medida estandarizada del Sistema Internacional (mPa·s).

BIBLIOGRAFÍA Merle C. Potter. Mecánica de Fluidos, Editorial Ciencias e Ingenierías, Tercera Edición.

Madrid España.

Víctor L. Streeter Mecánica de los Fluidos, Editorial Mc Hill, Novena Edición.