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UNIVERSIDAD DE SUCRE

Departamento de Ingeniería Agroindustrial PROGRAMA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL LABORATORIOS DE MECANICA DE FLUIDOS PRACTICA Nº 2. DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS INTRODUCCION La viscosidad es aquella propiedad de un fluido por virtud de la cual ofrece resistencia a ser deformado cuando este se aplica un mínimo de esfuerzo cortante. De acuerdo al comportamiento que presenten los fluidos con respecto a la viscosidad, estos se pueden clasificar en newtonianos, donde hay una relación lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la rapidez de deformación resultante, y en no newtonianos, donde tal relación lineal no existe. La Ley de la viscosidad de Newton afirma que dada una rapidez de deformación angular en el fluido, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la viscosidad. La viscosidad de un fluido depende de su temperatura. Es por eso que en los líquidos a mayor temperatura la viscosidad disminuye mientras que en los gases sucede todo lo contrario. Existen diferentes formas de expresar la viscosidad de un fluido, pero las más importantes son las siguientes: viscosidad absoluta o dinámica, cinemática, Saybol, Redwoor. Los viscosímetro de bolas se basa en la Ley de Stokes este estudió el flujo de un fluido alrededor de una esfera para valores del número de Reynolds ( Re= VDρ/μ= ) muy pequeños (de orden 1 o menores) y encontró que la fuerza de arrastre ejercida sobre la esfera por el flujo del fluido alrededor de ella, vale: R = 3πDμV (1) donde R: fuerza viscosa resistente, D: diámetro, V: velocidad límite de la bola en el fluido y μ: viscosidad dinámica. La aplicación de la fórmula de Stokes es útil en la resolución de problemas de muy bajo Reynolds, por ejemplo: en la sedimentación de partículas de polvo. Al caer una esfera de un fluido en reposo, debe tenerse en cuenta que al alcanzar una velocidad de caída constante, la fuerza de empuje hidrostática más la fuerza de arrastre o resistencia debe ser igual al peso, es decir: W = R + E (2) donde W: peso del cuerpo, R: fuerza viscosa resistente, E: empuje de Arquímedes, así pues: R =W – E (3) donde W = ρs ⋅ g ⋅Vol

(4) y E = ρl ⋅ g ⋅Vol

(5) con ρs:

Densidad del sólido, ρl: Densidad del líquido y Vol: Volumen del cuerpo es cual es Vol = π ⋅ D3/6

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Departamento de Ingeniería Agroindustrial Sustituyendo: W = ρs ⋅ g⋅ π ⋅ D3/6

E = ρl ⋅ g ⋅ π ⋅ D3/6

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(8)

La ecuación quedará: R = π ⋅ D3/6 ⋅ g⋅ (ρs - ρl) Igualando la ecuación de Stokes: 3πDμV = π ⋅ D3/6 ⋅ g⋅ (ρs - ρl)

(9)

(10) y considerando que

(11) entonces

tenemos que: (12) Donde K es la constante de bola, que depende de la bola utilizada y de la temperatura del laboratorio. La K puede calcularse para una sustancia conocida, por ejemplo el agua destilada, y a partir de su valor buscar la viscosidad para cualquier líquido, en las mismas condiciones. OBJETIVOS 1. Determinar la viscosidad dinámica en diferentes muestras de alimentos. 2. Estudiar el comportamiento de los fluidos en función de la temperatura. MATERIALES Y REACTIVOS Materiales: Viscosímetro de bola, Bolas (Cristal y Hierro), vasos de precipitado de 400 c.c. y 100 c.c., Cronómetro, picnómetro, Pie de rey. Reactivos: Aceite de cocina, Aceite de motor, Miel abejas, Alcohol y Acetona. METODOLOGIA El estudio de la viscosidad de los líquidos en función de la temperatura tiene una duración de ocho (8) horas desarrolladas en cuatro (4) secciones de dos (2) horas cada una. 1. Mida 200 c.c. de la muestra suministrada por el profesor con un cilindro graduado.

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Departamento de Ingeniería Agroindustrial 2. Determine las densidades de la bola y del líquido problema utilizando pie de rey para establecer el diámetro de la bola y el picnómetro para saber la masa del líquido. 3. Vierta la muestra en el viscosímetro de bola hasta rebosar, coloque la bola de metal y cierre el viscosímetro, regule con las válvulas la salida del aire. 4. Llene completamente el cilindro exterior del viscosímetro con agua a temperatura ambiente. Tome la temperatura. 5. Cuando la bola comience a caer por las líneas de medida, active el cronómetro y tome el tiempo, hasta que vuelva a pasar por las líneas de medidas que se encuentran al final del viscosímetro. 6. Registre el tiempo tomando una media de por lo menos tres (3) datos. 7. Aumente la temperatura del agua llevándola hasta rangos de 30ºC – 40ºC, 40ºC – 50ºC, 50ºC – 60ºC, 60ºC – 70ºC y 70ºC – 80ºC. Para cada uno de estos rangos, repita el registro del tiempo. 8. Lave cuidadosamente el viscosímetro dejando caer el fluido a través de un colador para impedir la perdida de la esfera. 9. Una vez limpio agregue 2 c.c. de acetona y deje secar. Tabla N° 1 (coloque un nombre adecuado a la hora de reportar los datos en su informe) Muestra.

Temperatura. °C

Tiempo. Segundo

Viscosidad Dinámica.

Cuestionario 1. Cómo se definen un fluido newtoniano y uno no newtoniano? 2. Explicar como la temperatura, el peso molecular y/o la estructura afectan la

viscosidad de un líquido. 3. Consultar una ecuación que exprese la variación de la viscosidad con la temperatura en un líquido. Explique cuál es el significado de cada término?

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BIBLIOGRAFIA SHAMES I, Mecánica de fluidos, Editorial Mc Graw - Hill. 1999 STREETER V, Mecánica de fluidos, Editorial Mc Graw – Hill. 2000. STEFFE J, Rheological Metholds in Food Process Engineering, Editorial Greeman Press. UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID, Departamento de Ingeniería Energética y Fluidomecánica, Laboratorio de Mecánica de Fluidos. 2005 ABRIl, D y VARGAS, E. 2006. Diseño, construcción y validación de un viscosímetro de caída de bola para medir viscosidades dinámicas de productos líquidos alimenticios.Universidad Jorge Tadeo Lozano. Bogotá, Colombia. Informe Entregar bajo las normas de la revista Dyna.

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