Propiedades de Los Fluidos
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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
1) INTRODUCCIÓN
La Mecánica de Fluidos estudia las leyes del movimiento de los fluidos y sus procesos de
interacción con los cuerpos sólidos. La Mecánica de Fluidos como hoy la conocemos es
una mezcla de teoría y experimento que proviene por un lado de los trabajos iniciales de
los ingenieros hidráulicos, de carácter fundamentalmente empírico, y por el otro del
trabajo de básicamente matemáticos, que abordaban el problema desde un enfoque
analítico. Al integrar en una única disciplina las experiencias de ambos colectivos, se evita
la falta de generalidad derivada de un enfoque estrictamente empírico, válido únicamente
para cada caso concreto, y al mismo tiempo se permite que los desarrollos analíticos
matemáticos aprovechen adecuadamente la información experimental y eviten basarse
en simplificaciones artificiales alejadas de la realidad.
En esta práctica se estudió la viscosidad de los fluidos, para esto hicimos uso de un
viscosímetro y de varios fluidos, a los que tuvimos que estudiar
2) OBJETIVOS:
A.- GENERAL
Determinar la viscosidad de diferentes fluidos estudiados en la práctica.
B.- ESPECÍFICOS
Utilizar el viscosímetro como instrumento principal para calcular la viscosidad de
los fluidos.
Comparar la viscosidad de los diferentes fluidos utilizados para esta práctica.
Entender la diferencia que existe entre los fluidos estudiados.
3) JUSTIFICACIÓN:
Conocer la viscosidad de un fluido resulta muy importante para darse una idea clara del
comportamiento que este tendrá ante diferentes circunstancias y además las
características de este.
Es por eso que resulta importante realizar esta práctica, ya que así podemos determinar
de una forma sencilla las viscosidades de los fluidos que estudiamos.
4) ALCANCES:
Se utilizaron viscosímetros para la práctica de viscosidad.
Se determinaron las viscosidades de cuatro fluidos, los cuales son: Aceite SAE 30
(para gasolinero), Aceite 15 w 40 (para petrolero), Ketchup y Aceite de cocina.
5) REVISIÓN DE LITERATURA:
A.- Fluidos
En general, podemos decir que la materia se encuentra en tres fases: sólida, líquida o
gaseosa. Los sólidos y líquidos tienen ciertas propiedades en común; por ejemplo, son
relativamente incompresibles y su densidad permanece relativamente constante al
cambiar la temperatura. Los gases, en cambio, son fácilmente compresibles, y su densidad
cambia considerablemente con la temperatura si mantenemos constante la presión.
El término fluido proviene del verbo latino “fluere” (fluir). Los fluidos fluirán, por ejemplo,
para adoptar la forma del contenedor donde se encuentran. Los líquidos como el agua no
son capaces de producir fuerzas de reacción ante las fuerzas aplicadas en direcciones
arbitrarias. En un reducido margen, los líquidos pueden soportar fuerzas tensiles, pero no
pueden soportar las fuerzas de cizallamiento, las cuales provocan que las moléculas del
líquido fluyan en dirección de la fuerza.
B.- Viscosidad
La viscosidad es una propiedad de un fluido que indica la fricción interna, podemos
imaginar que el flujo está dividido en capas paralelas y la viscosidad actúa no sólo entre el
fluido y la placa de arriba, sino entre todas sus capas y las adyacentes. Cuando más viscoso
es un fluido, tanto mayor es la fuerza que se requiere para hacer que una capa del fluido
se deslice por otra. La viscosidad es lo que evita que los objetos se muevan libremente a
través de un fluido o que estos fluyan con libertad en un tubo. La viscosidad de los gases
es menor que la de los líquidos y la del agua y los aceites ligeros es menor que la de la miel
y los aceites pesados. La experiencia del lector con líquidos como los aceites de motor y el
almíbar le indica que la viscosidad aumenta con la disminución de la temperatura.
C.- Viscosímetro
El viscosímetro es un instrumento de medición y control de viscosidad que es
indispensable en el control de calidad de innumerables productos. Existen diferentes tipos
de viscosímetros, por ejemplo: los viscosímetros capilares, los giratorios, los de cilindros
concéntricos, entre otros.
6) METODOLOGÍA Y RESULTADOS:
A.- Materiales y Equipo:
Cronómetro digital
Aceite SAE 30
Aceite 15 w 40
Kétchup
Aceite de cocina
Wincha
Transportador
Termómetro
Vernier
Gasolina
Franela o papel (para limpiar el equipo)
Viscosímetro
B.- Procedimiento:
Los materiales y el equipo que se utilizaron se colocaron en un lugar donde el
trabajo se pudo realizar sin inconvenientes.
Con ayuda del vernier y la wincha se tomaron medidas de las diferentes partes del
viscosímetro.
Escogimos 3 ángulos diferentes de trabajo para cada fluido.
Para cada ensayo se impregno con el fluido la plancha de acero.
Se encontró el espesor de la capa del fluido impregnado.
Se midió la distancia que iba a recorrer el peso sobre la plancha.
Para cada ensayo se dejó resbalar el peso sobre la plancha 7 veces, en cada una de
las cuales se anotó el tiempo que este tardaba en recorrer la distancia medida
anteriormente.
Después de realizar los ensayos con un fluido se limpió el equipo con gasolina, para
no dejar residuos de este y para poder utilizarlo en otros ensayos con un fluido
diferente.
Nos ayudamos de los datos obtenidos para calcular la viscosidad de cada fluido.
Datos obtenidos:
Del viscosímetro:
Aceite SAE 30:
Ángulo20 30 40
t1 0.99 0.53 0.522 1.11 0.92 0.533 1.19 0.61 0.444 0.85 0.72 0.455 0.97 0.53 0.536 0.86 0.67 0.397 0.94 0.62 0.61
Promedio 0.987 0.657 0.496
Aceite 15 w 40:
Ángulo15 30 45
t1 2.87 0.45 0.552 2.48 0.79 0.63 2.18 0.45 0.564 2.37 0.62 0.565 2.13 0.54 0.496 2.15 0.66 0.547 2.24 0.53 0.61
Promedio 2.346 0.577 0.559
Kétchup:
Ángulo25 35 45
t1 0.88 0.49 0.392 0.88 0.52 0.443 0.93 0.7 0.444 0.97 0.57 0.465 1.01 0.45 0.436 0.9 0.48 0.327 0.75 0.49 0.48
Promedio 0.903 0.529 0.423
Aceite de cocina:
Ángulo15 20 25
1 0.97 0.41 0.472 0.75 0.57 0.373 0.86 0.62 0.454 0.87 0.7 0.45 0.84 0.5 0.656 0.88 0.63 0.497 0.95 0.4 0.62
Promedio 0.874 0.547 0.493
7) RESULTADOS Y DISCUSIÓN:
A.- Peso de la parte móvil del viscosímetro:
Al no contar con una balanza a nuestra disposición, calculamos el peso móvil, utilizando su
volumen y la densidad del material en que está hecho, en este caso acero.
Tenemos:
Densidad del acero (ρ) = 7.86 g/cm3
El volumen de la plancha móvil viene a ser: 10*2*.3(3+2.8-.3+3.2)
Volumen de la plancha móvil = 52.2 cm3 (aproximadamente)
Con estos datos podemos calcular fácilmente la masa del bloque móvil, utilizando la
siguiente fórmula:
ρ=mv
Dónde: m = masa; v = volumen
Entonces tenemos: m=ρ∗v
Así tenemos que m = 410.3 g
Para el cálculo del peso se multiplica por la gravedad, entonces peso (W = 402504.3 dinas)
B.- Velocidades promedio en cada ensayo:
Estas velocidades las calcularemos con ayuda de la distancia recorrida y el tiempo
empleado para recorrerla. Tenemos que la distancia recorrida es: 39.6 cm
Para encontrar la velocidad se utiliza la fórmula siguiente:
v=distanciatiempo
Aceite SAE 30:
Ángulo20 30 40
t1 0.99 0.53 0.522 1.11 0.92 0.533 1.19 0.61 0.444 0.85 0.72 0.455 0.97 0.53 0.536 0.86 0.67 0.397 0.94 0.62 0.61
Promedio 0.987 0.657 0.496L (cm) 39.6 39.6 39.6
v (cm/s)40.1157742
460.260869
679.884726
2
Aceite 15 w 40:
Ángulo15 30 45
t1 2.87 0.45 0.552 2.48 0.79 0.63 2.18 0.45 0.564 2.37 0.62 0.565 2.13 0.54 0.496 2.15 0.66 0.547 2.24 0.53 0.61
Promedio 2.346 0.577 0.559x (cm) 39.6 39.6 39.6v (cm/s) 16.8818514 68.6138614 70.8951407
Kétchup:
Ángulo25 35 45
t1 0.88 0.49 0.392 0.88 0.52 0.443 0.93 0.7 0.444 0.97 0.57 0.465 1.01 0.45 0.436 0.9 0.48 0.327 0.75 0.49 0.48
Promedio 0.903 0.529 0.423x (cm) 39.6 39.6 39.6
v (cm/s)43.8607594
974.918918
993.648648
6
Aceite de cocina:
Ángulo15 20 25
t1 0.97 0.41 0.472 0.75 0.57 0.373 0.86 0.62 0.454 0.87 0.7 0.45 0.84 0.5 0.656 0.88 0.63 0.497 0.95 0.4 0.62
Promedio 0.874 0.547 0.493x (cm) 39.6 39.6 39.6v (cm/s) 45.2941176 72.3759791 80.3478261
C.- Cálculo de la fuerza para cada ensayo:
La fuerza que está siendo aplicada depende del ángulo de inclinación de la plancha y del
peso del bloque móvil.
Entonces para encontrar la fuerza se aplica la siguiente fórmula:
F=W∗Sen (θ )
Dónde:
F = Fuerza
W = Peso
Θ = Ángulo de inclinación de la plancha metálica.
Aceite SAE 30:
Ángulo 20 30 40Peso (Dinas) 402504.3 402504.3 402504.3Fuerza (Dinas)
137664.5784 201252.15
258724.777
Aceite 15 w 40:
Ángulo 15 30 45Peso (Dinas) 402504.3 402504.3 402504.3Fuerza (Dinas) 104175.779 201252.15 284613.52
Kétchup:
Ángulo 25 35 45Peso (Dinas) 402504.3 402504.3 402504.3Fuerza (Dinas)
170105.6676
230866.982 284613.52
Aceite de cocina:
Ángulo 15 20 25Peso (Dinas) 402504.3 402504.3 402504.3Fuerza (Dinas) 104175.779 137664.578 170105.668
D.- Cálculo del área de contacto:
Esta área se refiere a la que está en contacto entre las dos placas, la móvil y la fija,
entonces tenemos:
A = 2(a)(b) + 2(c)(b) = 76 cm2
E.- Cálculo de la viscosidad de los fluidos:
Este cálculo se lleva a cabo, aplicando la siguiente fórmula:
τ=µ∗vy
Dónde:
τ = Esfuerzo cortante (F/A)
µ = Viscosidad absoluta o dinámica
v = Velocidad
y = Espesor de la película del fluido
Despejando, la viscosidad resulta de la siguiente manera:
µ=
FA
∗y
v
Aceite SAE 30:
Fuerza (Dinas) 137664.5784
201252.15 258724.777
Área (cm^2) 76 76 76Y (cm) 0.089 0.09 0.087
Velocidad (cm/s) 40.11577424
60.2608696
79.8847262
Viscosidad (g/cm.s) 4.018680178
3.95488675
3.7074895
Visc. Prom. 3.893685477
Aceite 15 w 40:
Fuerza (Dinas) 104175.779 201252.15 284613.52Área (cm^2) 76 76 76
Y (cm) 0.05 0.06 0.05Velocidad (cm/s) 16.8818514 68.6138614 70.8951407
Viscosidad (g/cm.s) 4.05978555 2.31561485 2.64116461
Visc. Prom. 3.005521672
Kétchup:
Fuerza (Dinas) 170105.6676
230866.982
284613.52
Área (cm^2) 76 76 76Y (cm) 0.06 0.065 0.063
Velocidad (cm/s) 43.86075949
74.9189189
93.6486486
Viscosidad (g/cm.s) 3.061824502
2.63554289
2.51930628
Visc. Prom. 2.738891223
Aceite de cocina:
Fuerza (Dinas) 104175.779 137664.578 170105.668Área (cm^2) 76 76 76
Y (cm) 0.075 0.04 0.05Velocidad (cm/s) 45.2941176 72.3759791 80.3478261
Viscosidad (g/cm.s) 2.26972176 1.00109238 1.39283947Visc. Prom. 1.554551205
F.- Discusión:
Notamos que con forme crece el ángulo de inclinación en cada ensayo, el valor de
la viscosidad disminuye considerablemente, esto puede deberse a que a mayor
pendiente, no solo crece la velocidad del bloque, sino que además aumenta la
fuerza aplicada sobre el fluido.
Como se esperaba cada fluido se comportó diferente, ya que el valor de su
viscosidad también lo era.
El espesor de la película del fluido influye mucho en el cálculo de la viscosidad, es
por eso que para estos ensayos, se debe tratar de obtener una película de igual
espesor.
8) CONCLUSONES Y RECOMENDACIONES:
A.- Conclusiones:
Logramos determinar las viscosidades de los cuatro fluidos con los que trabajamos.
Fluido Viscosidad
Aceite SAE 30 3.893685477
Aceite 15 w 40 3.005521672
Kétchup 2.738891223
Aceite de cocina 1.554551205
Pudimos utilizar el viscosímetro para el cálculo de las viscosidades de los fluidos
estudiados en la práctica.
Cada fluido tiene diferentes viscosidades, así mismo se comportaron de maneras
diferentes en el mismo ensayo, con esto nos dimos cuenta que las características
que poseen son diferentes.
B.- Recomendaciones:
Se debería estudiar la viscosidad de otros fluidos, para esto se necesitaría la
participación de todo el grupo de estudios para su adquisición.
La práctica podría realizarse con otro tipo de viscosímetros para así poder
comparar los resultados estudiados.
9) APORTE:
Los grados Eugler dan la ecuación precisa para transformar la viscosidad dinámica a la
comercial.
El viscosímetro de Eugler permite medir la viscosidad de cualquier líquido, con respecto a
la que posee el agua a 20 °C, la unidad de medida es el grado Eugler.
Para medir la viscosidad de un líquido, primero se halla la constante del viscosímetro (CV)
que consiste en determinar el tiempo en segundos que tarda un volumen de 200 m^3 de
agua a 20 °C en fluir a través del aparato, se repite la misma operación con el líquido en
cuestión y la relación de tiempos es la viscosidad Eugler:
Para transformar a viscosidad se utiliza la ecuación:
µ=(0.0731∗° E−0.0631° E )
10) BIBLIOGRAFÍA:
Streeter, V. L. y E. B. Wylie, Mecánica de los fluidos. McGraw-Hil / Interamericana
de México, S.A., México, 1988.
Martín, A, Apuntes de Mecánica de Fluidos
Medida de la viscosidad de un fluido. Consultado en
http://www.slideshare/dinamica/visc_sidad.com; el 8 de Mayo de 2014.
11) APÉNDICE:
A.- ¿Por qué es necesario conocer la viscosidad de una sustancia?
La viscosidad de un fluido es una de sus propiedades más importantes, ya que nos
permitirá saber cómo se comportará este ante diversas circunstancias, con la viscosidad
nos podemos dar cuenta si un fluido podrá desplazarse con facilidad o dificultad en un
medio, además la viscosidad es la característica más importante de la lubricación de
cualquier máquina.
B.- Explique algunos métodos analíticos y/o gráficos para estimar la viscosidad de una
sustancia.
Un método analítico es la medida de la viscosidad por el método de Atrokes, el
cual se fundamenta en que cuando un cuerpo se mueve a través de un fluido,
aparece una fuerza sobre el cuerpo que se opone a dicho movimiento, dicha fuerza
recibe el nombre de fuerza de arrastre.
Otro método analítico es la determinación de la viscosidad con viscosímetros
Brookfield. Este método está basado en la medición de la resistencia que ofrece un
fluido, cuando se le aplica una fuerza interna que lo induce al movimiento bajo
condiciones establecidas.
C.- Indique otros métodos experimentales para la determinación de la viscosidad de
líquidos, dando una breve explicación.