practica de viscosidad n°01

PRACTICA DE VISCOSIDAD

PRACTICA DE VISCOSIDAD

1.-INTRODUCCION:De todas las propiedades de los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideracin en el estudio del escurrimiento de los fluidos.El conocimiento de la viscosidad de un lquido nos ayuda en el rea de mecnica de fluidos ya que podemos saber qu tipo de lquido es importante y porque usarlo en tal mquina para que esta funcione en ptimas condiciones. La prctica de viscosidad es muy importante debido a que esta se fundamenta en las leyes fsicas y qumicas que nos permite entender porque tal compuesto es ms 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 multigrado y de la vaselina utilizado en la presente prctica, mediante la relacin que existe entre el tiempo empleado por un tubo de acero en recorrer una distancia en una superficie conocida (conociendo espaciamiento, ngulo de inclinacin del viscosmetro).

- Tener conocimiento experimental de cmo determinar la viscosidad en el laboratorio.3.-MARCO TEORICO:3.1.-VISCOSIDAD:La viscosidad es la propiedad ms importante de los fluidos y se la define como la resistencia que opone el fluido a su deformacin al ser sometido a tensiones cortantes.Cuando volcamos sobre una superficie plana agua y un aceite lubricante observamos que el agua se deforma con ms facilidad que el aceite. Decimos entonces que el aceite es ms viscoso que el agua.

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 obligados al movimiento.

Tanto los lquidos como los gases presentan viscosidad, aunque los lquidos son ms viscosos que los gases.

Si en un canal rectangular inclinado se mueve un lquido con velocidad relativamente pequea, se verifica que el flujo se produce en forma de capas o lminas (movimiento laminar) de espesor diferencial y con velocidades variando segn una ley parablica:

La ley de Newton de la viscosidad establece que el esfuerzo tangencial que se produce entre dos lminas separadas una distancia dy, que se desplazan con velocidades v y v+dv es proporcional al gradiente de velocidades:

La constante de proporcionalidad es diferente para cada fluido, y es una magnitud que mide la viscosidad del fluido; se llama viscosidad dinmica.

Ntese en el dibujo como en el fondo el gradiente es mas grande y por lo tanto el esfuerzo de corte ah () es mayor y va disminuyendo hacia arriba.

Los fluidos que se comportan segn esta ley son denominados newtonianos, y los que tienen comportamiento diferente no newtoniano

1 newtonianos

2,3. No newtonianos

Las dimensiones de son:

La unidad de viscosidad dinmica en el sistema c.g.s se llama poise y vale:

Para presiones ordinarias la viscosidad de los fluidos es independiente de la presin y depende nicamente de la temperatura.

Y los lquidos al aumentar la temperatura disminuye la viscosidad; en los gases es al revs, es decir al aumentar la temperatura aumenta la viscosidad.

Muchas veces es ms cmodo trabajar con la viscosidad cinemtica, definida como:

Y cuyas unidades resultan:

La unidad de viscosidad cinemtica en el sistema c.g.s se llama stoke y vale:

COMENTARIO:

De acuerdo a la ley de Newton:

El esfuerzo es nulo en cualquiera de los siguientes casos:

- Cuando el fluido esta en reposo (dv/dy = 0)- Cuando el fluido que esta en movimiento se supone no viscoso (hiptesis del liquido ideal =0)- Cuando el liquido real, viscoso, se mueve con una velocidad relativamente grande de manera que se produce una buena mezcla del lquido y la distribucin de velocidades se uniformiza acercndose a un rectngulo (v constante y dv/dy =0)

4.-MATERIALES Y EQUIPO: Viscosmetro. Cronmetro. Wincha. Transportador para medir ngulos. Gasolina. Aceite multigrado 15W-40 Vaselina

5.-METODOLOGA Y PROCEDIMIENTO: La medida de la viscosidad se lo efectiviza mediante el instrumento llamado Viscosmetro.

Fig. 01: Viscosmetro

Se toman las medidas necesarias en el Viscosmetro usando la wincha para determinar longitudes y dimetros necesarios para hallar la velocidad y el espesor de la pelcula del fluido a usar.

Medimos el ngulo de inclinacin que tendr la superficie sobre la cual resbalar el tubo, para nuestro caso se tubo 3 ngulos de inclinacin: 30, 45, 60

Fig. 02: instrumento donde muestra la inclinacin del ngulo. Medimos el rea lateral que estar en contacto con el aceite a usar.

Se agrega aceite de tal manera que la pelcula de aceite que se forme encaje exactamente en el espacio entre el bloque y la superficie. Se coloca el bloque en la lnea marcada y se deja que resbale, en tanto se toma el tiempo en llegar al final de la superficie. Se repite este procedimiento 10 veces.6.-CLCULOS Y RESULTADOS: 6.1.- DATOS:

La longitud del tubo deslizante es: L = 14.5 cm. La longitud de la varilla es: d = 40cm Los ngulos de inclinacin () son: 30, 45 y 60. Dimetro superior del tubo deslizante = 3.75cm Espesor del tubo deslizante: e = 0.5cm Dimetro de la varilla = 2.5cmEl tubo deslizante que esta en contacto con el fluido se muestra en la siguiente figura:

El espesor de la pelcula del fluido ser: y = 0.125cm 6.2.-DESARROLLO DE LA PRCTICA:Aceite multigrado 15W-40:- Tmanos los tiempos en que se desplaza el tubo por la varilla con los diferentes ngulos de inclinacin ():

PARA =30:

N de repeticiones tiempo13.85 seg

23.72 seg

3... 3.84 seg

43.83 seg

52.12 seg

64.76 seg

71.31 seg

81.39 seg

93.54 seg

10...1.67 seg

- Tiempo promedio es: t = 3.00 seg

- Determinamos la velocidad (V):

PARA = 45:N de repeticiones tiempo11.20 seg

20.86 seg

3... 0.68 seg

40.76 seg

50.60 seg

61.02 seg

70.96 seg

81.54 seg

91.02 seg

10...0.86 seg



PARA =60:N de repeticiones tiempo10.54 seg

21.07 seg

3... 0.93 seg

40.63 seg

50.32 seg

60.43 seg

70.94 seg

80.53 seg

90.63 seg

10...0.53 seg



Vaselina:- Tmanos los tiempos en que se desplaza el tubo por la varilla con los diferentes ngulos de inclinacin ():

PARA =30:


27.81 seg

3... 10.22 seg

45.62 seg

57.46 seg

67.58 seg

76.12 seg

87.97 seg

96.51 seg

10...5.98 seg



PARA =45:


21.73 seg

3... 1.06 seg

41.93 seg

51.48 seg

61.15 seg

71.09 seg

81.31 seg

91.92 seg

10...1.65 seg



PARA = 60:


21.15 seg

3... 0.93 seg

41.40 seg

51.80 seg

61.16 seg

70.99 seg

81.55 seg

91.22 seg

10...1.05 seg

- Tiempo promedio es: t =1.18 seg


6.3.- CLCULOS:

- Hallamos el peso(W) del tubo deslizante:

W = (v*)Donde: = peso especifico del acero = 7850kg/m

V = volumen del tubo deslizante V = (R-R )L = (1.875-1.375)14.5 V = 74.02 cm = 0.00007 m

W = 0.00007 m*7850 kg/m

W = 0.5495 kg El peso del tubo en dinas: W = 538510 dinas NOTA: 1kg = 9.8*10dinas- Hallamos el rea lateral de la varilla:

= 0.012527m

1) Hallamos la viscosidad del ACEITE MULTIGRADO 15W-40:

D.C.L.

PARA =30:Como no existe aceleracin las fuerzas f1=f2

f1=f2

Wsen (30)=

Reemplazando los datos calculados y obtenidos, tenemos:

= 20.16 dinas*seg/cm = 20.16 poises (sistema C.G.S.)


f1=f2

Wsen (45)=


= 9.06 dinas*seg/cm

= 9.06 poises (sistema C.G.S.)


f1=f2

Wsen (60)=


=7.60 dinas*seg/cm

= 7.60 poises (sistema C.G.S.)nguloViscosidad (C.G.S.)

u(poises)Viscosidad (M.K.S)

u(kg*seg/m)Viscosidad (S.ING.)

u(N*Seg/m)

3020.160.212.016

459.060.090.906

607.600.080.760

2) Hallamos la viscosidad de la VASELINA:

D.C.L.


f1=f2

Wsen (30)=


= 48.85 dinas*seg/cm

= 48.85 poises (sistema C.G.S.)PARA =45:Como no existe aceleracin las fuerzas f1=f2

f1=f2

Wsen (45)=


= 14.11 dinas*seg/cm



f1=f2

Wsen (60)=


=13.80 dinas*seg/cm


nguloViscosidad (C.G.S.)

u(poises)Viscosidad (M.K.S)

u(kg*seg/m)Viscosidad (S.ING.)

u(N*Seg/m)

3048.850.494.89

4514.110.141.41

6013.800.141.38

7.-DISCUSIN DE RESULTADOS:

Comparando los resultados obtenidos observamos que la viscosidad vara en forma discontinua por tanto para obtener una viscosidad uniforme sacamos el promedio de las viscosidades halladas con cada ngulo empleado en los diferentes aceites.

8.-CONCLUSIONES: Gracias a la presente prctica se logr determinar aproximadamente la viscosidad del aceite multigrado y de la vaselina. Encontramos una variacin del ngulo, debido al equipo utilizado en la prctica, que nos demostr que al momento de marcar ste no hubo precisin.

Los datos obtenidos en el laboratorio son aproximados debido a errores climticos (temperatura) y por manejo de equipo de su actual condicin. La viscosidad es la resistencia que ejercen los fluidos al ser deformado cuando este se aplica un esfuerzo cortante.

9.-RECOMENDACIONES: Al momento de realizar una prctica se sugiere contar con equipos ms precisos para obtener resultados ptimos.

Limpiar el viscosmetro de tal manera que el aceite a utilizar no sea mezclado con otro utilizado anteriormente, esto para que la viscosidad no resulte distorsionada.

Utilizar suficiente aceite de tal manera que se cubra una pelcula igual al espacio que hay entre la superficie y bloque deslizante.

Uniformizar con el aceite la superficie por donde se va a deslizar el bloque para tratar que aproximadamente la velocidad sea la misma.

Se deben tomar los tiempos de manera exacta, cuando el cuerpo deslizante pasa sobre la superficie inclinada hasta cubrir los 40cm de su recorrido.10.-APORTE:GRADOS DE ACEITE COMERCIALPara relacionar las distintas viscosidades, de acuerdo con el viscosmetro utilizado, existen frmulas empricas que permiten pasar de una unidad a otra. Las frmulas de conversin son sencillas y, generalmente de la forma:

Donde:

, es la viscosidad cinemtica o relativa en Stokes (cm2/s),

T, es la viscosidad en grados Engler, SSU, SSF, GR N1 a GR N2.

A y b, son constantes que varan segn la relacin de que se trata y de los lmites de utilizacin de la variacin

Cuando la viscosidad cinemtica es mayor que 0.5 Stokes (>0.5), como ocurre para la gran mayora de fluidos, la influencia del trmino correctivo b se hace despreciable y la ecuacin queda:

Desprendindose las relaciones siguientes:

= 0.076 E: viscosidad en grados Engler.

= 0.0022 S S: viscosidad en SSU. = 0.00247 R R: viscosidad en GR N1

Para la viscosidad dinmica en poises: Para t< 100 SSU (Saybolt universal seconds)

t = viscosidad en SSU.

= Densidad relativa del lquido.

Para t> 100 SSU (Saybolt universal seconds)

t = viscosidad en SSU.


Para 25 t 40 SSF (Saybolt universal Furol)

t = viscosidad en SSF.


Para t 40 SSF (Saybolt universal Furol)

t = viscosidad en SSF.


La densidad relativa o gravedad especfica , se obtiene dividiendo el peso especfico de lquido, a la temperatura de la prueba, entre el peso especfico del agua a 4C y a una atmsfera de presin (1.033 Kg/cm2). A estas condiciones de presin t temperatura se les llama condiciones normales o estndar.11.-APNDICE:

1. Porque es necesario conocer la viscosidad de una sustancia?

Porque es una propiedad que permitir conocer si una sustancia fluir de manera fcil o con dificultades y as poder definir algunas de sus propiedades.2. Explique algunos mtodos analticos y/o grficos para estimar la viscosidad de una sustancia.

Como mtodo analtico se puede considerar el mtodo de pares de puntos en el cual se toman 2 ecuaciones extremas y se forma una serie de ecuaciones. Como mtodo grafico se puede utilizar el mtodo de mnimos cuadrados con el cual se puede halLar la pendiente y la constante de la ecuacin.

3. Indique otros mtodos experimentales para la determinacin de la viscosidad de lquidos, dando una breve explicacin.

El mtodo de la bola que cae, consiste en determinar el tiempo que tarda una esfera de peso y tamao conocido en caer a lo largo de una columna de dimetro y longitud conocida del liquido en cuestin.

Con el viscosmetro de Ostwald, que consiste en medir el tiempo que tarda en fluir un volumen conocido de liquido a travs de un capilar de longitud y radio conocido.

La ley de Stokes, que es aplicable a la cada de cuerpos esfricos en todos los tipos de fluido siempre que el radio r del cuerpo que cae sea grande en comparacin con la distancia entre molculas.

12.-BIBLIOGRAFIA: Mecnica de fluidos. Francisco Ugarte Palacin. Editorial San Marcos. Problemas de Mecnica de Fluidos e Hidrulica. Oscar Miranda H., Dante Campos A. Tercera edicin. Talleres grficos Top- Job. E.I.R.L. Lima Per Mecnica de fluios.Wender Chereque Morn.Para la viscosidad dinmica en Poises.

Para t< 100 SSU (Saybolt universal seconds)t = viscosidad en SSU.


Para t> 100 SSU (Saybolt universal seconds)t = viscosidad en SSU.


Para 25 t 40 SSF (Saybolt universal Furol)t = viscosidad en SSF.


Para t 40 SSF (Saybolt universal Furol)t = viscosidad en SSF.


Para viscosidad cinemtica o relativa en Stokes.

donde: E=Viscosidad en grados Engler.

0.0022S donde: S=Viscosidad en SSU.

0.00247R donde: R=Viscosidad en GR N1.

Viscosidad cinemtica.11.-BIBLIOGRAFIA: Mecnica de fluidos. Francisco Ugarte Palacin. Editorial San Marcos. Problemas de Mecnica de Fluidos e Hidrulica. Oscar Miranda H., Dante Campos A. Tercera edicin. Talleres grficos Top- Job. E.I.R.L. Lima - Per_1310561728.unknown

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practica de viscosidad n°01

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