Viscosidad de un Fluido
Integrantes
Cristian Camilo Acosta Castro Cd. 223423
Laura Sofa Rosero Ziga Cd. 2234
David Santiago Tocarruncho Torres Cd. 223499
1) Definicin:
Dentro del estudio de la mecnica de fluidos una de las caracterstica ms relevantes que se
tienen en cuenta a la hora de conocer la naturaleza de los fluidos es la viscosidad, gracias a
que el uso de este concepto es fundamental para muchas aplicaciones en la ingeniera tales
como determinar la resistencia que presenta un fluido al ser transportado de un lugar a otro,
en procesos de fabricacin de alimentos etc.
La viscosidad de un material hace referencia al comportamiento intermolecular de un
fluido y principalmente en la manera en que estn conectadas las mismas, estas conexiones
pueden variar dependiendo de la temperatura a la que estn expuestas presentando una
relacin inversamente proporcional, es decir, un fluido en movimiento presentar fuerzas
internas o friccin interna lo que en resumen nos indicara la facilidad para fluir de un
material.
A la hora de la medicin como ya sabemos la temperatura influir en los resultados que se
obtengan pero adems es necesario el manejo de variables como la densidad y presin,
estas cantidades no siempre son constantes para un mismo procedimiento, por lo que deben
aplicarse diferentes mtodos de medicin que manejen estas constantes variaciones.
2) Formas De Medir La Viscosidad:
La viscosidad de un fluido depende directamente de la temperatura a la cual este se
encuentre, para un fluido gaseoso, como el aire, a mayor temperatura, mayor viscosidad;
para un fluido liquido a mayor temperatura, menor viscosidad. Existen diferentes mtodos
para obtener una medida aproximada de la viscosidad de un fluido cualquiera de los cuales
se expondrn dos.
a) Cada libre:
Un mtodo ampliamente conocido, consiste en dejar caer una bolita de cualquier material,
conociendo el radio de la esfera y la densidad del material, en un tubo que contenga el
fluido lquido del cual se desee calcular la viscosidad. La viscosidad absoluta o dinmica
del lquido representa la resistencia al movimiento de la bolita que se utiliza en el
experimento; dependiendo de qu tan viscoso sea el lquido, la velocidad varia
inversamente. Se toma el tiempo t que la bolita demora en recorrer una distancia x con un
cronmetro para calcular la velocidad V en unidades del SI:
xV
t
Ahora se iguala esta velocidad V:
22 ( )
9
b fg rV
Siendo: r radio de la esfera
29.8 /g m s
b Densidad de la bolita
3[ / ]kg m
f Densidad del fluido
3[ / ]kg m
Viscosidad del fluido [ / ( * )]kg m s
22 ( )
9
b fg r
V
Este mtodo es muy efectivo cuando se desee calcular la viscosidad de un fluido lquido a
temperatura constante.
b) Por rotacin:
El viscosmetro de rotacin consta
principalmente de dos cilindros, un cilindro
giratorio (cilindro externo), y un cilindro fijo
(cilindro interno) el cual esta sujetado a un
apoyo fijo mediante un resorte de torsin.
Entre el cilindro exterior e interior hay una
cavidad en la que se deposita el fluido al cual
se le quiere conocer su viscosidad.
Para determinar la viscosidad del fluido se
hace girar el cilindro exterior a una velocidad
angular constante que se denominara . Esto
causara un esfuerzo de corte en el fluido el
cual poco a poco har girar el cilindro interno hasta que el resorte de torsin lo detenga, en
ese instante se tomaran las medidas correspondientes.
La torsin total es igual a la suma de la torsin lateral y la torsin en la base
y tambin es igual al producto entre el coeficiente de torsin y el ngulo mximo de
rotacin del resorte . Segn la ley de Newton de la viscosidad
el esfuerzo
Ilustracin 1 Esquema del viscosmetro de
rotacin
cortante sobre una interfaz del fluido es proporcional al cambio de velocidad con
respecto a la distancia donde la constante de proporcionalidad es la viscosidad del
fluido, esta ecuacin es importante para relacionar la torsin con la viscosidad.
Torsin lateral: El cambio de velocidad se considera directamente
como la velocidad tangencial aplicada y la distancia es
por lo cual la ecuacin de viscosidad ser
Ahora, se sabe que
el esfuerzo cortante
sobre el cilindro interno es igual a la fuerza tangencial aplicada
divida entre el rea . Si se despeja F en (2) y se
reemplazan A y la ecuacin queda
La
torsin lateral sobre el cilindro interno es igual al producto de la
fuerza tangencial aplicada por el radio, si se reemplaza la
ecuacin de la fuerza (3) queda
.
Torsin en la base: Se toma de nuevo en cuenta la ley de
Newton de la viscosidad
en este caso la
velocidad tangencial es y es la distancia
que hay entre la base del cilindro interno y externo y se
denominara b, por lo cual la ecuacin ser
tomando en cuenta que y
(si tomara el
rea total del circulo las fuerzas se anularan) la ecuacin
de fuerza queda
y, por ltimo, la ecuacin de la torsin en la base es
.
La torsin total y se igualan y se reemplazan los valores de TL y TB
queda
ahora se despeja la constante de viscosidad
[
]
donde:
- K = Coeficiente de torsin del resorte.
- = ngulo mximo de rotacin del resorte.
- = Velocidad angular del cilindro externo.
Ilustracin 2 Vista lateral
del viscosmetro
Ilustracin 3 Vista de la base del
viscosmetro
- R1 = Radio del cilindro interno.
- R2 = Radio del cilindro externo.
- H = Distancia desde la base del cilindro interno hasta la altura mxima del fluido.
- b = Distancia entre la base del cilindro interno y externo.
Bibliografa:
Fluidos reales, Agosto 11 del 2012,
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#Viscosidad
Medida de la viscosidad de un fluido, Agosto 11 del 2012,
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/viscosidad/viscosidad.html
Determinacin de la viscosidad de un liquido, Agosto 11 del 2012,
http://fis.ucv.cl/docs/viscosidad2s.pdf
"Viscosmetro Rotacional." BuenasTareas.com, Agosto 11 del 2012,
http://www.buenastareas.com/ensayos/Viscosimetro-Rotacional/691849.html.
Viscosmetro de rotacin, Agosto 11 del 2012,
http://fluidos.eia.edu.co/fluidos/propiedades/viscosidad/rotacionvis.html
Ley De Newton De La Viscosidad, Agosto 11 del 2012,
http://www.slideshare.net/GeorgeSuco/ley-de-newton-de-la-viscosidad-3670836
Top Related