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LABORATORIO No 2 MECÁNICA DE FLUIDOS “MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD”

PRESENTADO POR:

YULY VANESA GUERRERO ROSAS DAISSY CAROLINA TOBAR TOVAR CAMILO ANDRES MARTINEZ ACOSTA SOPHIA OSEJO OMAR BENAVIDES

UNIVERSIDAD DE NARIÑO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL SAN JUAN DE PASTO 02/03/ 2018 1

LABORATORIO No 2 MECÁNICA DE FLUIDOS “MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD”

PRESENTADO POR:

YULY VANESA GUERRRERO ROSAS DAISSY CAROLINA TOBAR TOVAR CAMILO ANDRES MARTINEZ ACOSTA GABRIELA SOPHIA OSEJO ROSERO OMAR JAIR BENAVIDES REYES

PRESENTADO A: ING. PhD HERNÁN GOMEZ

UNIVERSIDAD DE NARIÑO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL SAN JUAN DE PASTO 02/03/ 2018 2

TABLA DE CONTENIDO 1.

INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................4

2.

OBJETIVOS ..............................................................................................................................................5

3.

FUNDAMENTO TEORICO ........................................................................................................................6

4.

DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN .........................................................................................................8

5.

DESARROLLO DEL EXPERIMENTO .........................................................................................................11

6.

PRESENTACIÓN DE DATOS ...................................................................................................................12

7.

ANALISIS Y RESULTADOS ......................................................................................................................12

8.

CONCLUSIONES ....................................................................................................................................12

9.

BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................................12

TABLA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Densímetro, tomada de Google Imágenes Ilustración 2. Probeta de 250 ml, tomada de Google Imágenes Ilustración 3. Beaker que contiene Glicerina, tomada de Google Imágenes. Ilustración 4. Recipiente que contiene Aceite de motor Ilustración 5. Beaker que contiene Acpm, tomada de Google Imágenes Ilustración 6. Recipiente que contiene alcohol etílico, tomada de Google Imágenes Ilustración 8. Fluidos usados en su respectivo recipiente y probeta de 250 ml

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TABLAS DE REGISTRO DE DATOS

Tabla 1. Propiedades de líquidos comunes. Fuente (Mott, 2006, Pág. 591) ............................... 7 Tabla 2. Registro de valores leídos y calculados. Ensayo densidad absoluta, peso específico y gravedad específica. .................................................................... Error! Bookmark not defined. Tabla 3. Registro de valores experimentales y teóricos. .............. Error! Bookmark not defined. Tabla 4. Error porcentual de la densidad absoluta. ...................... Error! Bookmark not defined. Tabla 5. Error porcentual del peso específico. ............................. Error! Bookmark not defined. Tabla 6. Error porcentual de la gravedad especifica. ................... Error! Bookmark not defined.

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1. INTRODUCCIÓN En el presente informe se determinará la viscosidad absoluta de los fluidos (Etanol, aceite vegetal, aceite de motor y glicerina) utilizados en el ensayo, los cuales tienen un comportamiento newtoniano, usando el método del viscosímetro de esfera en caída. La viscosidad es la expresión de la resistencia que ofrece un fluido al movimiento relativo de sus partículas, medida en unidades fundamentales de masa, longitud y tiempo. La viscosidad es inversa a la fluidez depende de la temperatura a la que este expuesto el fluido (líquido o gaseoso), en los fluidos líquidos al aumento de la temperatura la viscosidad disminuye y en los fluidos gaseosos al aumentar la temperatura su viscosidad aumenta.

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2. OBJETIVOS  Determinar la viscosidad de algunos fluidos, utilizando el método del viscosímetro de esfera en caída.  Comparar los valores teóricos de viscosidad de algunos fluidos con los obtenidos en laboratorio.

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3. FUNDAMENTO TEORICO Viscosidad: Es aquella propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes. La viscosidad se debe primordialmente a la interacción de las moléculas en el fluido (Shames, 2001, Pág. 2) Viscosidad dinámica μ (mu): Se define al esfuerzo cortante denotado con la letra griega Τ (tau). Como la fuerza que se requiere para que una unidad de área de una sustancia se deslice sobre otra. Entonces, Τ es una fuerza dividida entre un área. (Mott, 2006, Pág. 27) En la figura 1 se muestra dos placas paralelas y planas de grandes dimensiones, separadas por una distancia Y, y lleno un fluido en medio de estas. Se supone que la placa superior se mueve a una velocidad constante U al actuar sobre ella una fuerza F, también constante, el fluido en contacto con la placa móvil se adhiere a ella moviéndose a la misma velocidad U, mientras el fluido en contacto con la placa fija permanecerá en reposo.

Figura 1. Gradiente de velocidad de un fluido en movimiento.

Τ

μ = dv ( ) dy

𝑑𝑦

= Τ (𝑑𝑣 )

[E.1]

μ: Coeficiente de viscosidad o “viscosidad absoluta o dinámica” (Relacionado con la fuerza) Τ: Esfuerzo tangencial (tensión o esfuerzo cortante) = F/A

Viscosidad cinemática ν (Nu): Muchos cálculos en mecánica de fluidos implican el cociente de viscosidad dinámica entre la densidad del fluido. Como una convención, la viscosidad cinemática, se define como:

ν=

𝝁 𝝆

Puesto que μ y ρ son propiedades del fluido, ν también lo es. (Mott, 1996, Pág 25)

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[E.2]

En la tabla 1 se presentan las unidades de viscosidad en los tres sistemas más frecuentes Sistema de Unidades Sistema Internacional

Sistema Británico de Unidades Sistema CGS

Unidades de Viscosidad Dinámica 2 N.s/m , Pa.s, o kg/m,s

Unidades de Viscosidad Cinemática m 2/s

Ib.s/pies2 o slug/pie.s

Pies2/s

poise= dina.s/cm2 = g/(cm.s) = 0.1 Pa.s centioise= poise/100 = 0.001 Pa.s = 1.0 mPa.s

Stoke= cm2/s = 1x10-4 m2/s Centistoke= stoke/100 = 1x10-6 m2/s

Tabla 1. Propiedades de líquidos comunes. Fuente (Mott, 2006, Pág. 591) Fluidos newtonianos y no newtonianos: Para un flujo bien ordenado 3 en el que las partículas de fluido se mueven en líneas rectas y paralelas (flujo paralelo), la ley establece que, para ciertos fluidos conocidos como fluidos newtonianos, el esfuerzo cortante sobre una interfaz tangente a la dirección de flujo es proporcional a la tasa de cambio de la velocidad con respecto a la distancia, donde la diferenciación se toma en una dirección normal a la interfaz. Matemáticamente se establece con:

Al retornar el análisis general de viscosidad, puede indicarse que la mayor parte de los gases y de los líquidos simples son fluidos newtonianos y por consiguiente se comportan de acuerdo con la ley de viscosidad de Newton en las condiciones esbozadas. Pastas, lodos, grasas y polímeros de alta densidad son ejemplos de fluidos que no pueden considerarse como newtonianos.

Métodos de Medición de la viscosidad: Viscosímetro de tubo capilar: En este método se hace una medición del tiempo necesario para que cierta cantidad de fluido pase por un tubo capilar (o de calibre pequeño) de longitud y diámetros conocidos, bajo una diferencia medida y constante de presiones. Se puede aplicar la ley de Hagen – Poiseuille, en el caso de que el flujo sea laminar, para calcular la viscosidad,μ

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4. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN Para el desarrollo del presente laboratorio se utilizarán fluidos de origen Newtonianos es decir fluidos cuya viscosidad es constante con el tiempo y esta se altera con los cambios de temperatura. Los equipos o instrumentos usados en esta práctica fueron los siguientes: Densímetros o hidrómetro universal: Es una herramienta de medición que permite determinar la densidad relativa de un líquido. Por lo general está hecho de vidrio y consta de un tallo cilíndrico y una bombilla que contiene mercurio o perdigones de plomo que le permiten flotar.

Ilustración 1. Densímetro, tomada de Google Imágenes Probetas: Tubo de cristal volumétrico, alargado y graduado, cerrado por un extremo, usado como recipiente de líquidos o gases, el cual tiene como finalidad medir volúmenes superiores y más rápidamente que las pipetas, aunque con menor precisión.

Ilustración 2. Probeta de 250 ml, tomada de Google Imágenes

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Fluidos de ensayo como Glicerina: Es un lípido saponificable simple, solo contiene hidrógeno, oxígeno y carbono. Puede estar presentado en forma líquida o en pasta. Compuesto orgánico llamado glicerina, la cual es un líquido viscoso incoloro de sabor dulce. Producto secundario en la fabricación del jabón y buen agente humectante para la Ind. Alimentaria. Sus ésteres son sus derivados químicos más importantes. Algunos de ellos son: las grasas, la nitroglicerina, la dinamita, etc.

Ilustración 3. Beaker que contiene Glicerina, tomada de Google Imágenes. Aceite de Motor: sustancia sólida, semisólida o liquida, de origen animal, mineral o sintético que puesto entre dos piezas con movimientos entre ellas, reduce el rozamiento y facilita el movimiento. También protege de la corrosión, ya que el lubricante crea una película sobre las piezas metálicas, lo que las aísla del aire y el agua, reduciendo la posibilidad de corrosión.

Ilustración 4. Recipiente que contiene Aceite de motor

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Aceite Vegetal: Hace referencia a cualquier grasa de origen vegetal. Como estas grasas son líquidas a temperatura ambiente, se las llama aceites. Existen varios tipos de aceites vegetales con una amplia gama de aplicaciones, desde culinarias y farmacéuticas hasta la fabricación de cosméticos y la producción de biocombustibles. Los aceites vegetales poseen varias propiedades físicas que contribuyen a su éxito en muchas industrias, especialmente como ingrediente alimenticio.

Ilustración 5. Alcohol Etílico (Etanol): Es un alcohol que se presenta como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C. Al mezclarse con agua en cualquier proporción, da una mezcla azeotrópica. Es un líquido transparente e incoloro, con sabor a quemado y un olor agradable característico. Es conocido sencillamente con el nombre de alcohol.

Ilustración 6. Recipiente que contiene alcohol etílico, tomada de Google Imágenes

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5. DESARROLLO DEL EXPERIMENTO Se determinará la viscosidad de fluidos líquidos por medio del viscosímetro de caída de esfera. Para ello se tiene un líquido dentro de una probeta, se deja caer una esfera de peso y diámetro conocido dentro de él. Si la esfera es suficientemente pequeña, será válida la ley de Stokes y la velocidad de caída de la esfera será aproximadamente inversamente proporcional a la viscosidad absoluta del fluido de prueba. Cuando la densidad es mayor el tiempo de caída es mayor, por el contrario si la densidad del fluido es menor el tiempo de caída es menor, para lo cual fue necesario realizar el experimento las veces necesarias para obtener una mejor precisión en el promedio de los tiempos.

 Llenamos las probetas con los cuatro fluidos correspondientes (glicerina, aceite vegetal, etanol y aceite de motor).  Cada probeta se llena a ras y se tiene en cuenta la distancia a la cual se va a tomar los tiempos de caída de las esferas:  Glicerina: Se toma los datos a una distancia de cm, el diámetro interno de la probeta es de mm y la esfera que dejamos caer tiene un diámetro de " y un peso específico de gr.  Aceite de motor: Se toma los datos a una distancia de cm, el diámetro interno de la probeta es de 35 mm y la esfera que dejamos caer tiene un diámetro de " y un peso específico de gr.  Aceite vegetal: se toma los datos a una distancia de , el diámetro interno de la probeta es de mm y la esfera que dejamos caer tiene un diámetro de " y un peso específico de gr.  Etanol: Se toma los datos a una distancia de cm, el diámetro interno de la probeta es de mm y la esfera que dejamos caer tiene un diámetro de " y un peso específico de gr.  Cuando la densidad es mayor el tiempo de caída es mayor, por el contrario si la densidad del fluido es menor el tiempo de caída es menor, para lo cual fue necesario realizar el experimento las veces necesarias para obtener una mejor precisión en el promedio de los tiempos.  Los datos obtenidos los consignamos en la tabla de resultados. y se realizaron los respectivos cálculos.  Las temperaturas las vamos a tomar las mismas a las cuales se realizó el ensayo de densidad debido a que los fluidos con los que trabajamos son los mismos del presente ensayo

Ilustración 7. Fluidos usados en su respectivo recipiente y probeta de 250 ml

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6. PRESENTACIÓN DE DATOS 1 Fluido

2 De (cm)

3 We (gr)

4 Dt (cm)

5 L (cm)

6 T (ºC)

7 𝜌𝑓 (gr/𝑐𝑚3 )

8 𝑡1 (s)

9 𝑡2 (s)

10 𝑡3 (s)

Glicerina ACPM Aceite V

0.397 0.317 0.317

0.2510 0.1291 0.1291

3.92 3.43 3.43

15 34.5 33

21 16 16

1,270 0.870 0.915

3.53 0.62 0.97

3.53 0.62 0.97

3.53 0.62 0.97

1 Fluido

2 𝑉𝐿 (𝑐𝑚3 )

3 𝜌𝑒 (gr/𝑐𝑚3 )

4 𝑡𝑚 (s)

5 𝑉𝑟 (cm/s)

6 V (cm/s)

7 µ (poise)

8 v (𝑐𝑚2 /𝑠)

9 N𝑅𝑒 (-)

Glicerina ACPM Aceite V

0.033 0.017 0.017

7.66 7.74 7.74

3.53 0.62 0.97

4.25 55.645 34.020

5.44 69.62 42.56

10.079 0.539 0.877

7.936 0.619 0.958

0.272 35 14

7. ANALISIS Y RESULTADOS

8. CONCLUSIONES

9. BIBLIOGRAFIA

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