UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDASFACULTAD TECNOLOGICA

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOSTECNOLOGIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES

DETERMINACION DE LA VISCOCIDAD DINAMICA DEL ALCOHOL, LA GLICERINA Y EL AGUA, Y LA VISCOCIDAD CINEMATICA DEL AGUA CON EL

CANAL EDIBON

Presenta:

Karen Yohana Rey Chaparro 20132379048Edwin Fabián Rodríguez Santos 20132379050

Presentado a:Ing. Eduardo Zamudio Huertas

29 de marzo del 2016

TABLA DE CONTENIDOINTRODUCCION......................................................................................................................................... 3

OBJETIVOS................................................................................................................................................ 4

MARCO TEORICO....................................................................................................................................... 5

VISCOSIDAD:.....................................................................................................................................................5VISCOSIDAD DINÁMICA O ABSOLUTA:....................................................................................................................5VISCOSIDAD CINEMÁTICA:...................................................................................................................................6

EQUIPOS................................................................................................................................................... 7

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA DEL AGUA CON EL CANAL EDIBON.......................................................7

PROCEDIMIENTOS..................................................................................................................................... 8

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA DEL AGUA CON EL CANAL DE EDIBON...................................................8

DATOS...................................................................................................................................................... 9

FORMULAS................................................................................................................................................ 9

CALCULOS............................................................................................................................................... 11

CAUDAL = 4600 L/H.....................................................................................................................................11CAUDAL = 4000 L/H.....................................................................................................................................11CAUDAL = 3600 L/H.....................................................................................................................................12CAUDAL = 3000 L/H.....................................................................................................................................13

ANALISIS DE RESULTADOS....................................................................................................................... 14

CONCLUSIONES....................................................................................................................................... 15

INTRODUCCION

Este informe trata de explicar lo realizado en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad Distrital, durante el día 15 de marzo, en donde se evidencio por medio de un experimento de tipo demostrativo, dirigido por el monitor del área de Hidráulica, el como la viscosidad dinámica varía entre tres fluidos diferentes, que se encuentran expuestos bajo las mismas condiciones medio ambientales, y como se llega a determinar la viscosidad cinemática del agua por medio del uso de un canal Edibon.Durante el desarrollo del informe se analizará como fue el progreso durante la realización del laboratorio, y los posibles inconvenientes y errores que se derivaron de la práctica, en donde las condiciones no eran las mejores para la realización de esta demostración académica, que tal vez podrán generar una serie de inconvenientes a la hora de realizar los cálculos, análisis y conclusiones de lo realizado en el experimento.A demás de lo anterior, el informe dará un poco más de claridad sobre aquellas falencias teóricas que se presentan en los estudiantes, y que fueron subsanadas levemente por el monitor del curso mediante una breve explicación de los distintos flujos que presenta un fluido, que permitieron el entendimiento de lo realizado durante la práctica.

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OBJETIVOS

1. Determinar experimentalmente la viscosidad dinámica del agua, el alcohol y la glicerina, bajo las mismas condiciones medio ambientales.

2. Entender por qué se presentan las diferencias de viscosidad entre el agua, el alcohol y la glicerina.

3. Obtener de forma experimental la viscosidad cinemática del agua por medio del uso del canal Edibon.

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MARCO TEORICO

Viscosidad:Es la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus moléculas. La pérdida de energía debida a la fricción de un fluido que fluye se debe a su viscosidad; esta propiedad puede ser indicada por la facilidad con que un líquido se derrama sobre una superficie.

Viscosidad Dinámica o Absoluta:Se define como la oposición de un fluido a la deformación ocasionada por esfuerzos de tipo cortante que actúan sobre él, o bien como aquella resistencia a que las láminas del fluido se deslicen entre sus intermedias.

La viscosidad absoluta suele denotarse a través de la letra griega µ. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.

Cuando un fluido se mueve, se desarrolla en él una tensión de corte, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido. La tensión de corte, se denota mediante la letra griega Τ (Tao), puede definirse como la fuerza requerida para deslizar una capa de área unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia, por lo cual Τ (Tao) es una fuerza dividida entre un área. En los diferentes fluidos existentes se puede encontrar que la magnitud de la tensión de corte es directamente proporcional al cambio de velocidad entre las diferentes posiciones que presente el fluido.

Para analizar el concepto de cambio de velocidad de un fluido, se presenta la siguiente imagen, donde se exhibe una capa delgada de fluido situada entre dos superficies, una de las cuales se encuentra estacionaria, mientras que la otra se mueve.

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En la imagen se aprecia que el fluido tiene la misma velocidad que las paredes o fronteras que lo contienen, por lo cual en la pared inferior el fluido presenta una velocidad cero (V0) y en la superior una velocidad Vy. Este diferencial de velocidades se conoce como rapidez de corte o gradiente de velocidad es una

medida de cambio de velocidad, que se representa como ΔvΔy .

Por lo tanto, al ser la tensión de corte del fluido directamente proporcional al gradiente de velocidad, se puede establecer matemáticamente la siguiente expresión:

Τ= µ( ΔvΔy )

Viscosidad Cinemática:Es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido. Esta suele denotarse como v. Algunas de las unidades para expresarla son el m2/s, el stoke (St) y el centistoke (cSt), siendo las equivalencias las siguientes:

1 m2/s =10000 St = 1x106cSt.

La expresión matemática de la viscosidad cinemática es:

v = µ /ρ

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EQUIPOS

Determinación de la Viscosidad Cinemática del Agua con el canal Edibon

1. Limnimetro: Es un instrumento que permite registrar y transmitir la medida de la altura de agua. 

2. Canal de Edibon: Paredes conformadas por metacrilato, con un factor de fricción f = 0.022, en donde la lámina de agua circundante está sometida a la presión atmosférica. Características definidas para trabajar con la fórmula del número de Reynolds aplicado a canales abiertos de acuerdo a los investigadores de Illinois.

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PROCEDIMIENTOS

Determinación de la Viscosidad Cinemática del agua con el canal de Edibon

1. Calibrar el limnimetro.2. Encender el banco hidráulico y abrir todas las llaves para la circulación del

agua.3. Seleccionar el caudal con la válvula de distribución.4. Medir la altura de la lámina de agua con el limnimetro.5. Medir la temperatura del agua6. Repetir el procedimiento con dos caudales diferentes.

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DATOS

Ancho del canal (mm)

65 Ancho del canal (m)

6.5*10-2

CAUDAL (L/h) CAUDAL (m3/s) PROFUNDIDAD (mm)

PROFUNDIDAD (m)

4600 1.278*10-3 37 3.7*10-2

4000 1.111*10-3 33 3.3*10-2

3600 1*10-3 31 3.1*10-2

3000 8.333*10-4 27 2.7*10-2

FORMULAS

1. Área transversal de la sección rectangular

A=B*Y

A = Área transversal de la sección rectangularB = Distancia entre las paredes internas del canal EdibonY = Altura de la lámina de agua medida con el limnimetro

2. Perímetro Húmedo

P = B+2Y

P = Perímetro Húmedo

3. Radio Hidráulico

Rh = AP

4. Velocidad Media del fluido

V = QA

V = Velocidad Media del fluidoQ = Caudal

5. Numero de Reynolds

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NR = V∗Rhv

NR = Numero de ReynoldsV= Velocidad Media del fluido de la sección rectangularv= Viscosidad Cinemática del agua (m2/s)

También se puede usar el siguiente monograma:

6. Error Absoluto y Relativo

εabs = |Valor medido – Valor teórico|

εret =( ε|¿|

valor teorico ¿ )* 100%

εabs = Error absoluto

εret = Error relativo

7. Viscosidad Cinemática

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v = V∗RhN R

CALCULOS

CAUDAL = 4600 L/h

Área transversal de la sección rectangular

A=6.5*10-2m*3.7*10-2 m = 2.405*10-3 m2

Perímetro Húmedo

P = 6.5*10-2m +2 (3.7*10-2 m) = 1.39*10-1 m

Radio Hidráulico

Rh = 2.405∗10−3m21.39∗10−1m = 1.73*10-2 m

Velocidad Media del fluido

V =1.278∗10−3m 3

s2.405∗10−3m 2

= 5.314*10-1 m/s

Número de Reynolds

Se asume un Número de Reynolds de 1*104

Viscosidad Cinemática

v = (5.314∗10−1ms )∗(1.73∗10−2m)

1∗10−4 = 9.194*10-7 m2/s

Error Absoluto y Relativo

εabs = | 9.194*10-7 – 9.5*10-7| = 3.058*10-8

εret =( 3.058∗10−89.5∗10−7 )* 100% = 3.218%

CAUDAL = 4000 L/h

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Área transversal de la sección rectangular

A=6.5*10-2m *3.3*10-2 m = 2.145*10-3 m2

Perímetro Húmedo

P = 6.5*10-2m +2 (3.3*10-2 m) = 1.31*10-1 m

Radio Hidráulico

Rh = 2.145∗10−3m21.31∗10−1m = 1.637*10-2 m

Velocidad Media del fluido

V =1.111∗10−3 m3

s2.145∗10−3m2

= 5.179*10-1 m/s

Número de Reynolds

Se asume un Número de Reynolds de 1*104

Viscosidad Cinemática

v = (5.179∗10−1 ms )∗(1.637∗10−2m)

1∗10−4 = 8.481*10-7 m2/s

Error Absoluto y Relativo

εabs = | 8.481*10-7 – 9.5*10-7| = 1.019*10-7

εret =( 1.019∗10−79.5∗10−7 )* 100% = 10.73%

CAUDAL = 3600 L/h

Área transversal de la sección rectangular

A=6.5*10-2m *3.1*10-2 m = 2.015*10-3 m2

Perímetro Húmedo

P = 6.5*10-2m +2 (3.1*10-2 m) = 1.27*10-1 m

Radio Hidráulico

Rh = 2.015∗10−3m 21.27∗10−1m = 1.587*10-2 m

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Velocidad Media del fluido

V =1∗10−3m 3

s2.015∗10−3m 2

= 4.963*10-1 m/s

Número de Reynolds

Se asume un Número de Reynolds de 1*104

Viscosidad Cinemática

v = (4.963∗10−1ms )∗(1.587∗10−2m)

1∗10−4 = 7.874*10-7 m2/s

Error Absoluto y Relativo

εabs = | 7.874*10-7 – 9.5*10-7| = 1.626*10-7

εret =( 1.626∗10−79.5∗10−7 )* 100% = 17.12%

CAUDAL = 3000 L/h

Área transversal de la sección rectangular

A=6.5*10-2m *2.7*10-2 m = 1.755*10-3 m2

Perímetro Húmedo

P = 6.5*10-2m +2 (2.7*10-2 m) = 1.19*10-1 m

Radio Hidráulico

Rh = 1.755∗10−3m21.19∗10−1m = 1.475*10-2 m

Velocidad Media del fluido

V =8 .333∗10−4 m3

s1.755∗10−3m2

= 4.748*10-1 m/s

Número de Reynolds

Se asume un Número de Reynolds de 1*104

Viscosidad Cinemática

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v = (4.748∗10−1ms )∗(1.475∗10−2m)

1∗10−4 = 7.003*10-7 m2/s

Error Absoluto y Relativo

εabs = | 7.003*10-7 – 9.5*10-7| = 2.497*10-7

εret =( 2.497∗10−79.5∗10−7 )* 100% = 26.29%

ANALISIS DE RESULTADOS

Se pudo observar que en el desarrollo del laboratorio realizado para la determinación de la viscosidad cinemática del agua, el valor que estuvo más cercano al teórico, y por tanto que tuvo menor error relativo es el correspondiente a los datos hallados para un caudal de 4600 litros sobre hora, siendo este del 3.218%, mientras que al ir reduciendo la cantidad de agua que se transporta por unidad de tiempo, se ve que se aleja más de aquel valor ya determinado y generalizado para la teoría, siendo estos del 10.73%, 17.12% y 26.29%, para caudales de 4000 L/h, 3600 L/h y 3000 L/h respectivamente.

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CONCLUSIONES

El error relativo que se halla en el laboratorio “Determinación de la viscosidad cinemática del agua mediante el canal Edibon”, es inversamente proporcional al caudal que presenta el agua cuando cruza el canal de Edibon, porque entre menor sea el caudal del agua mayor error relativo presentara en la determinación de su viscosidad cinemática.

El error presentado en el laboratorio “Determinación de la viscosidad cinemática del agua mediante el canal Edibon”, pudo deberse a los cambios de flujo que presento el agua durante el desarrollo de la práctica, porque al cambiar el caudal en el canal, en el sitio donde se encontraba el limnimetro presentaba cambio de flujo laminar a flujo de transición.

En la determinación de la viscosidad cinemática del agua, el error también pudo deberse a una falencia a la hora de asumir la temperatura a la que se encontraba el agua del tanque del canal.

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