LABORATORIO N°1: MEDIDA DE VISCOCIDAD

WIlFRIDO MENESES GELVIS (1111918)

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERIAS

MECÁNICA DE FLUIDOS

SAN JOSÉ DE CÚCUTA

2015

INTRODUCCIÓN

La práctica de viscosidad es una práctica muy importante en el sentido de la

ingeniería debido a que esta se fundamenta mucho en leyes físicas y químicas

que nos permite entender porque tal compuesto es más espeso que otro, o porque

un compuesto es utilizado como lubricante, etc. El poder estudiar la viscosidad de

una sustancia nos ayuda a concluir cuanto varía con respecto a la temperatura, si

es más viscoso o menos viscoso, etc. El conocimiento de la viscosidad de un

líquido nos ayuda en el área de mecánica de fluidos ya que podemos saber qué

tipo de líquido es importante y porque usarlo en tal máquina para que esta

funcione en óptimas condiciones.

RESUMEN

Informe de la práctica de laboratorio N°1 “Medida de viscosidad” realizado en el

laboratorio de fluidos, en la cual se determinó la viscosidad experimental de un

fluido (aceite), a medida que variaba la temperatura.

OBJETIVO

Determinar experimentalmente la viscosidad de un fluido dado a medida que varía

la temperatura con la ayuda de un viscosímetro hoppler.

MARCO TEÓRICO

VISCOCIDAD

La viscosidad es la propiedad de un fluido que da lugar a fuerzas que se oponen al

movimiento relativo de capas adyacentes en el fluido. En otras palabras, la

viscosidad es una medida de la resistencia del fluido a derramarse o fluir por el

interior de un conducto.

VISCOSIMETRO DE HOPPLER

Está basado en la modificación del viscosímetro de bola en donde una esfera

rueda en el interior de un tubo que puede inclinarse en un ángulo determinado.

Las esferas son relativamente grandes con relación al diámetro interior del tubo, lo

que hace que el diámetro de la esfera sea de gran precisión. Las medidas de la

viscosidad deben hacerse a diferentes temperaturas del fluido, donde se cumple

que:

µ= t* (p1-p2) * K

Dónde:

Viscosidad absoluta (µ)

Densidad de la esfera (p1)

Densidad del aceite (p2)

Tiempo de caída (t)

Constante de la esfera (K)

El valor de la constante K depende del tipo de esfera a utilizar y el viscosímetro

que se esté usando Para este laboratorio se trabajó con el viscosímetro y con la

esfera cuya densidad es de 8.122 gramos sobre centímetro cubico y su constante

K va a ser igual a 0.800000 mili pascales por centímetro cubico sobre gramo.

PROCEDIMIENTO

Nivele el viscosímetro.

Llene el tubo interior con el aceite disponible para la experiencia y verifique que

su temperatura sea ambiente.

Seleccione el material de la bola de acuerdo a la tabla y al tipo de aceite.

Introduzca la bola dentro del tubo con aceite y ciérrelo.

Registre el tiempo requerido por la bola para recorrer el espacio entre las

líneas. Una vez pase la línea final inviértalo 180 grados y tome nuevamente el

tiempo. Tabule los datos.

Modifique la temperatura del baño de agua; simultáneamente agite la bomba

manual para homogenizar la temperatura.

Cuando la temperatura cambie tome el tiempo requerido por la esfera para

recorrer el tubo, gírelo 180 grados y mida de nuevo el tiempo transcurrido,

manteniendo la temperatura constante. Tabule los datos.

Repita el proceso para un total de 4 lecturas de diferentes temperaturas.

DATOS EXPERIMENTALES

Viscosímetro HOOPLER MLW

Distancia de la caída de la esfera: 10cm

Diámetro interior: 15.50cm

Angulo de inclinación: 80ͦ�

N° de la Bola Diámetro de

la bola (mm)

Masa de la

bola(g)

Densidad de

la bola

gr

cm3

Constante de

la bola

mPa∗cm3

gr

4 15.156 16.0483 8.122 0.80000

TEMPERATURA (℃)

T 1(S) T 2(S) T 3(S ) ∆T (S)

31 48,99 48,50 48,45 48,6540 34,13 34,14 34,12 34,1350 20,76 20,77 20,45 20,6660 13,21 13,15 12,84 13,07

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS

1. Con los datos obtenidos de tiempo se calculan el valor de la viscosidad para

cada una de las temperaturas.

PROCESO PARA HALLAR ∆T (S) :

48,99+48,50+48,453

=48,65

34,13+34,14+34,123

=34,13

20,76+20,77+20,453

=20,66

13,21+13,15+12,843

=13,07

FORMULA DE VISCOSIDAD

μ=K (Pe−P f ) t

VISCOSIDAD PARA 32 ℃

1cm3 = 1ml

μ=0,8×10−3 Pa∗cm3

gr (8,122 grcm3−0,89 grml )51,47 s=0,2977Pa∗sVISCOSIDAD PARA 40℃

μ=0,8×10−3 Pa∗cm3

gr (8,122 grcm3−0,89 grml )35,84 s=0,2073 Pa∗sVISCOSIDAD PARA 50 ℃

μ=0,8×10−3 Pa∗cm3

gr (8,122 grcm3−0,89 grml )20,21 s=0,1169Pa∗sVISCOSIDAD PARA 60 ℃

μ=0,8×10−3 Pa∗cm3

gr (8,122 grcm3−0,89 grml )13,12 s=0,075 Pa∗s

2. Realizar una gráfica de Viscosidad vs Temperatura.

3. Investigar sobre otros métodos de medir viscosidad.

En la actualidad existen diferentes métodos experimentales para determinar la

viscosidad de un fluido las cuales se definirán a continuación:

VISCOMETRO DE TUBO CAPILAR

Los viscosímetros de tubo capilar son

los equipos más simples y económicos

que se utilizan para medir la viscosidad,

generalmente son construidos de vidrio,

existen varios diseños; pero todos se

basan en la configuración simple

utilizada por Wilhelm Ostwald, en los

que se mide el tiempo recorrido para que un volumen determinado de líquido fluya

entre dos marcas por un capilar desde un tubo reservorio. Por comparación de dos

líquidos, uno de viscosidad conocida como el agua, o por la medida de una

solución con un polímero y su relación con la del solvente puro en el mismo

instrumento.

En este método se hace una medición del tiempo necesario para que cierta

cantidad de fluido pase por un tubo capilar de longitud y diámetros conocidos, bajo

una diferencia medida y constante de presiones. Se pude aplicar la ley de Hagen-

Poiseuille, en el caso de que el flujo sea laminar.

VISCOMETRO DE COUETTE

Consiste en un cilindro suspendido por un filamento elástico,

al cual va unido un espejo para determinar el ángulo de

torsión en un modelo, o un dinamómetro provisto de una

escala en otros modelos. Este cilindro está colocado

coaxialmente en un recipiente cilíndrico, donde se encuentra

el líquido cuya viscosidad ha de determinarse.

El cilindro exterior gira a velocidad constante y su

movimiento es transferido al líquido que a su vez pone en movimiento el cilindro

interior en torno de su eje hasta que la fuerza de torsión es equilibrada por la

fuerza de fricción. Como el ángulo de torsión es proporcional a la viscosidad, se

puede determinar la viscosidad de un líquido, si se conoce la del otro líquido por

comparación de los dos ángulos de torsión

VISCOMETRO DE OSTWALD

Es quizás el modelo que más se ha utilizado en la

medida de viscosidades absolutas y relativas en líquidos

puros y biológicos, en sus mezclas y, especialmente, en

fluidos newtonianos. Se basa en la ley de Poisseuille que

permite conocer la velocidad de flujo de un líquido a

través de un tubo, en función de la diferencia de presiones bajo las que se

establece el desplazamiento. La simplificación del tratamiento numérico facilita la

expresión que se aplica en la medida experimental.

El viscosímetro de Ostwald es de vidrio. Posee un ensanchamiento en forma de

ampolla provista de sendos enrases, conectado a un tubo capilar vertical que se

une a un segundo ensanchamiento destinado a la colocación de la muestra en una

primera operación, y del agua o líquido de referencia en otra operación

complementaria. El conjunto se introduce en un baño termostático para fijar la

temperatura con precisión. Es indispensable la concreción de este valor, porque la

magnitud de la viscosidad, o de su inverso la fluidez, son altamente dependientes

de la temperatura.

VISCOMETRO DE TAMBOR GIRATORIO

Mide la viscosidad utilizando la definición de viscosidad

dinámica. Se hace girar el tambor exterior a una velocidad

angular constante, (W), mientras el tambor interior se mantiene estacionario. Por

consiguiente, el fluido que está en contacto con el tambor giratorio tiene una

velocidad lineal, V, conocida, mientras el fluido que está en contacto con el tambor

interior tiene una Velocidad 0.

VISCOMETRO ROTACIONAL ANALOGICO

Instrumento de estructura compacta, de gran

estabilidad en las medidas y alta exactitud y precisión,

adecuado para lectura de viscosidades medias. Tiene

un amplio espectro de aplicación como puede ser la

medida de la viscosidad en grasas, pinturas, industrias

alimentarias, farmacéuticas, etc.

El principio de funcionamiento de equipo es muy

simple, un cilindro o disco suspendido de un muelle de

cobre-berilio gira mediante un motor sincrónico dentro del líquido muestra,

quedando reflejada la lectura de la viscosidad en una escala incorporada en el

disco.

4. Consulta sobre los grados de viscosidad SAE e ISO.

Grados de viscosidad SAE

Hay once grados SAE. Seis de ellos incluyen la designación W (por "Winter":

invierno en idioma ingles), que indica que la viscosidad fue también medida a baja

temperatura. Para los grados que no tienen esta denominación, la viscosidad se

especifica a 100°C.

Ellos son:

0W, 5W, 10W, 15W, 20W y 25W (GRADOS DE INVIERNO)

20, 30, 40, 50 y 60 (GRADOS DE VERANO)

Grados de viscosidad ISO

A lo largo del tiempo se ha adoptado diferentes siglas (ASTM, DIN, etc.) para

clasificar los Aceites Lubricantes Industriales por su viscosidad medida en diversas

unidades, llevando a la necesidad del uso de tablas de conversión para pasar de

un sistema a otro.

Esta situación generó en los Institutos de Normalización de los piases miembros

de la Organización Internacional de Estandarización (ISO) el deseo de uniformar

criterios para crear un único sistema de clasificación.

5. Qué es índice de viscosidad.

Es la medida más indicativa de la variación de la viscosidad de un aceite

lubricante al variar la temperatura. Habitualmente, las características de un aceite

se dan en grados SAE, que establecen solamente la viscosidad del lubricante a

una temperatura de referencia (-18 °C, o bien 100 °C), pero no concreta cómo

varía dicha viscosidad con la temperatura.

Para definir un aceite en relación con las condiciones de funcionamiento de los

motores es más adecuado el índice de viscosidad. Dicho índice se obtiene

comprobando la variación de viscosidad entre dos temperaturas y comparándola

con el comportamiento de oportunos aceites de referencia.

6. Haga un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio, elabore sus

propias conclusiones y recomendaciones.

RECOMENDACIONES

Es necesario que el equipo de medición de viscosidad, el viscosímetro, esté

bien calibrado. La calibración la puede realizar el profesor, o éste puede indicar las

acciones al estudiante para que este las ejecute por sí sólo.

Es de gran ayuda realizar la práctica con previo conocimiento teórico del

comportamiento de la viscosidad del fluido que se estudiará. Esto significa que, el

estudiante debería consultar estudios previos sobre la viscosidad del fluido a tratar

para saber si el desarrollo de su experimento se está llevando a cabo de la

manera esperada.

CONCLUSIONES

Con la ayuda de las gráficas se pudo llegar a determinar que cuanto más sube

el nivel de la temperatura el líquido se vuelve más fluido.

También se determina que al presentar más fluidez al líquido le toma menos

tiempo en descargarse del viscosímetro esto nos indica que cuando en un fluido

baja su viscosidad este presenta menos resistencia a fluir.

BIBLIOGRAFIA

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm

https://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad

http://www.monografias.com/trabajos13/visco/visco.shtml

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/viscosidad/viscosidad.html