DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DE UN FLUIDO.

Laboratorio No. 2 1 de marzo de 2011

Universidad del Valle, Ingeniería Agrícola, Departamento de Mecánica de Fluidos.

1. INTRODUCCION: Los Fluidos son sustancias liquidas o gaseosas que poseen varias propiedades de gran utilidad, las cuales sirven para la toma de importantes decisiones en la Ingeniería.

Una de estas propiedades hace referencia a la viscosidad; entendida esta como la propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo, cuando se le aplica una mínima fuerza cortante.En los fluidos la viscosidad es una característica importante. Así, los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido, determina su viscosidad, y se mide con un instrumento llamado viscosímetro. En nuestra práctica de laboratorio corresponde al viscosímetro de Thomas-Stormer.

Para determinar la Viscosidad de los fluidos, es importante tener en cuenta variables que afectan de manera directa su cálculo: La temperatura es una de ellas, ya que presenta una relación inversamente proporcional con la viscosidad de un fluido (A mayor temperatura la viscosidad disminuye).

Por otra parte, al tomar como referencia el viscosímetro electromecánico (Brookflied), nos permite tener un dato

más exacto de la viscosidad de cada uno de los fluidos y así, poder compararlos con los datos arrojados con el viscosímetro de Stormer.

1. OBJETIVOS:

Trazar las curvas de semicalibración para diferentes fluidos a temperatura ambiente, por medio de él viscosímetro de Tomas Stormer.

Reconocer el uso del viscosímetro, como un instrumento para determinar la viscosidad.

Poder diferenciar por medio de las curvas de semicalibración, las medidas directas e indirectas obtenidas por medio de los viscosímetros.

2. DESCRIPCION DE LA PRACTICA:

La practica No. 2 de laboratorio, relacionada con la calibración del viscosímetro Thomas Stormer, tiene como objetivo determinar la viscosidad para diferentes fluidos, tales como el aceite de cocina, la glicerina, y el aceite dos tiempos.

Para determinar la viscosidad de cada uno de estos fluidos, contamos con dos tipos de dispositivos:

De manera directa se utilizo el viscosímetro electromecánico (Brookflied) y de forma indirecta, usamos el viscosímetro mecánico (Tomas Stormer.)

Teniendo como referencia lo anterior, se inicio midiendo la viscosidad del aceite de cocina con el dispositivo electromecánico, lo cual nos arrojo un resultado confiable de manera directa. Luego se procedió a tomar los datos de la viscosidad con el dispositivo mecánico; este dispositivo tiene como características: En su interior posee dos cilindros, uno contenido dentro del otro. Así, el cilindro externo contiene un liquido calibrador y dentro de este, se encuentra el cilindro más pequeño, el cual contiene el liquido al que se le determino su viscosidad. también consta de un rotor el cual por medio de un peso w se movía; luego se procedió a tomar el tiempo que tardaba el rotor en dar 100 revoluciones, por efecto del peso puesto. Este procedimiento se repite dos veces para tres pesos diferentes y para cada uno de los líquidos.

3. PREGUNTAS:

¿Qué es viscosidad?

Es la oposición que presenta un fluido a la deformación tangencial que se le aplica. Vale señalar, que todos los fluidos presentan algo de viscosidad.

¿Qué tipos de viscosidad existen?

Existen tres tipos:

**Viscosidad dinámica o absoluta: Es la que resulta de representar la curva de fluidez (esfuerzo vs velocidad de deformación). **Viscosidad aparente: Corresponde al coeficiente entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación.

**Viscosidad cinemática: Es la relación entre la viscosidad dinámica con la densidad del fluido utilizado.

¿Cuáles son sus dimensiones y unidades?

Dimensiones:

[ μ ]= MLT

Unidades=

NS

m2=Kg

ms

¿Para qué es útil medir la viscosidad en la actualidad?

Es importante saber la viscosidad puesto que esta depende de la temperatura. Así tenemos que:

Si la viscosidad del aceite es muy baja para la aplicación, el desgaste es mayor por falta de colchón hidrodinámica.

Si la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicación, el consumo de energía es mayor y el desgaste puede ser mayor por falta de circulación.

4. CALCULOS Y RESULTADOS:

Tabla 1. Datos experimentales

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

100

200

300

400

500

600

f(x) = 0.290612839557757 x − 1.6211150817431

f(x) = 0.393054494175083 x − 3.4284770732655

f(x) = 0.577426865540351 x − 1.67495716298953

50 grLinear (50 gr)75 grLinear (75 gr)100 grLinear (100 gr)

viscosidad cP

T(s)

por

casa

100

revo

lucio

nes d

el ro

tor

Figura 1. Curvas de calibración del viscosímetro Thomas Stormer

Tabla 2 cálculo de constante Kw

A partir de los datos obtenidos, podemos también calcular el valor del constante Kw y, para ello se utilizo la siguiente expresión:μ=kwT

Y sabiendo que:

Kw= 1pendiente Con unidades de

dina

cm2

aceite de cocina glicerina

aceite dos tiempos

w(gr) t(s) t(s) t(s)50 47,1 504 11675 31,23 341 75

100 23,74 253 56,67μ(cP) 93 877 194

w(gr)Pendiente

cm2

dian

50 0,57

75 0,39

100 0,29

Tabla 3 valor de la constante Kw para cada masa

La viscosidad encontrada del aceite dos tiempos a 100°C, es de 9.3 cP, comparada con la que se obtuvo de manera experimental a 23°C fue de 194 cP, es válida para este tipo de fluido puesto que la viscosidad varia con respecto a la temperatura.

Para la glicerina se encontró un valor experimental a 23°C de 877 cP y comparando el valor definido a 20°C es de 1500 cP. Se puede suponer que la viscosidad de la glicerina disminuye de manera notable a cualquier cambio de temperatura.

Es importante anotar la temperatura porque tiene un efecto considerable sobre la viscosidad ya que en algunos fluidos a mayor temperatura la viscosidad disminuye, para este caso debemos conocer la temperatura y así poder saber el comportamiento de la viscosidad de los fluidos manejados.

Al no tener en cuenta el buen manejo de la cuerda, se puede producir un deslizamiento o muy rápido o lento del peso, esto afectara la toma de datos y obtener resultados erróneos.

5. ANALISIS:

Tenemos un rango definido para la viscosidad de la glicerina varía de 23ºC a 30ºC entre 954 cP y 629 cP respectivamente; el valor obtenido fue de 877 cP a 23I, por medio de este rango podemos decir que la viscosidad encontrada de manera experimental tiene un valor muy aproximado, pues se encuentra dentro del rango estipulado para la glicerina.

A partir de la grafica podemos deducir que los fluidos tienen una tendencia lineal porque cumplen la ecuación de los fluidos, una buena toma de datos permite resultados confiables.

Con los datos obtenidos se puede decir que los valores para Kw son proporcionales a las masas que empleamos.

A partir de la grafica podemos también observar que a menor peso el tiempo en dar las 100 revoluciones, la mayor resistencia la ofrece la glicerina puesto que esta tiene una mayor resistencia al esfuerzo cortante generado. Al realizar un paralelo entre los otros fluidos. la glicerina es la mas viscosa a temperatura constante.

6. CONCLUSIONES:

Cuando la densidad de un fluido aumenta, la velocidad límite disminuye. Inconscientemente, se dice que mientras más denso es el fluido, la velocidad límite de caída de la pesa es menor, concluyendo que a medida que aumenta la densidad, la viscosidad aumenta.

La temperatura influye de manera diferente en la viscosidad

w(gr)Pendiente

cm2

dian

Kwdina

cm2

50 0,57 1,75

75 0,39 2,56

100 0,29 3,44

de los líquidos, debido a que en los líquidos esta está determinada por la fuerza de cohesión entre las moléculas, esta se debe en su mayor parte a la cantidad de movimiento entre las moléculas.

La viscosidad y la densidad de las soluciones que se estudian van a depender de las concentraciones que tengan dichas soluciones.

7. BIBLIOGRAFIA:

WHITE Frank. Mecánica de fluidos, cuarta edición, 1983.pag 27, 29, 31.