ii practica de laboratorio capilaridad
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Viscosidad Mecánica De Fluidos I
“PRACTICA DE LABORATORIO: VISCOSIDAD”
1. RESUMEN
La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a fluir, como resultado de la interacción y cohesión de sus moléculas.
Con referencia, se consideran dos placas planas y paralelas de grandes dimensiones, separadas una pequeña distancia Y, y con el espacio entre ellas lleno de un fluido. Se supone que la placa superior se mueve a una velocidad constante, al actuar sobre ella.
En los líquidos la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura, pero no se ve afectada apreciablemente por las variaciones de presión. La viscosidad absoluta de los grandes aumenta al aumentar la temperatura, pero casi no varía con la presión. Como el peso específico de los gases varía con la presión (a temperatura constante), la viscosidad cinemática es inversamente proporcional a la presión. Sin embargo, de la ecuación anterior, g = w.
2. INTRODUCCION
En general, la materia puede clasificarse por las formas físicas en que se presenta. Estas formas, conocidas como fases, son la sólida, la liquida y la de gas o vapor. Los fluidos comprenden las fases líquida y gaseosa (o de vapor) de la materia. En general, todos estamos familiarizados con las características distintivas de esas fases, comparadas con la fase sólida. Sin embargo, también sabemos que los líquidos y los gases tienen aspectos completamente distintos; por lo tanto, debemos buscar una característica común que nos permita clasificarlos simplemente como fluidos. Al discutir la dinámica de fluidos, nos interesa el comportamiento de los fluidos en movimiento y la forma en que este comportamiento se relaciona con los momentos y las fuerzas aplicados. Tanto los líquidos como los gases y vapores tienen en común una forma distinta de reaccionar cuando están sometidos a esfuerzos tangenciales, lo cual explica su «fluidez» y proporciona la clave básica para desarrollar los principios de la dinámica de los fluidos.
El campo que abarca la Ingeniería Civil es bastante amplio; pero dentro de este universo ingenieril, se encuentra una de las ramas de gran importancia que forma uno de los pilares de la Ingeniería, como son los Fluidos.
Para comprender el comportamiento de los Fluidos en la naturaleza es necesario realizar estudios que a veces son simples de realizar pero de gran importancia en la solución de problemas que un ingeniero debe afrontar.
En esta oportunidad, el trabajo que estamos presentando está constituido por la determinación de la viscosidad de un determinado fluido (grasa) la cual fue empleada en dicha práctica, para ello utilizaremos un plano inclinado de 40°.
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Viscosidad Mecánica De Fluidos I
3. Objetivos Generales Determinar la viscosidad dinámica o absoluta de tres tipos de aceite de manera experimental y compararlos con los proporcionados por los fabricantes Objetivos específicos
1. Determinar la viscosidad dinámica o absoluta de aceite de vehículo gasolinero (SAE 30W) y petrolero(SAE 40 y 60) para ángulos de 30º 45º 60º
2. Establecer una comparación entre el valor real de viscosidad y el valor obtenido en la práctica
3. Aplicar los conocimientos teóricos adquiridos en clase, a solución de un problema real.
4. EQUIPO A UTILIZAR:
Viscosímetro (Plano inclinado)
Aceite de carro
Bloque deslizante
Transportador
Franela
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5. REVISIÓN DE LITERATURA
1. MARCO TEORICO:
3.1 FLUIDO:
Un fluido es una sustancia o medio continuo que se deforma
continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o
tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta.
También se puede definir un fluido como aquella sustancia que,
debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y
adopta la forma del recipiente que lo contiene.
Características:
La posición relativa de sus moléculas puede cambiar
continuamente.
Todos los fluidos son compresibles en cierto grado.
Tienen viscosidad.
Dependiendo de su viscosidad fluyen a mayor o menor
velocidad. Mientras más viscoso fluye con menor velocidad,
mientras menos viscoso fluye con mayor velocidad.
Su viscosidad es independiente de la densidad
Clasificación:
Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo a diferentes
características que presentan en:
Fluido Newtoniano:
Un fluido newtoniano es un fluido con viscosidad en que las tensiones
tangenciales de rozamiento son directamente proporcionales al
gradiente de velocidades.
Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos
newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el
aire, el agua, la gasolina y algunos aceites minerales.
Ecuación constitutiva:
Matemáticamente el rozamiento en un flujo unidimensional de un
fluido newtoniano se puede representar por la relación:
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τ=μdvdy
Donde:
es la tensión tangencial ejercida en un punto del fluido o
sobre una superficie sólida en contacto con el mismo, tiene
unidades de tensión o presión ([Pa]).
es la viscosidad del fluido, y para un fluido newtoniano
depende sólo de la temperatura, puede medirse en [Pa·s] o
[kp·s/cm2].
dvdy
es el gradiente de velocidad perpendicular a la dirección al
plano en el que estamos calculando la tensión tangencial, [s−1].
Fluido No Newtoniano:
Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad varía con el
gradiente de tensión que se le aplica. Como resultado, un fluido no-
newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a
diferencia de un fluido newtoniano.
Líquidos:
El líquido es uno de los tres estados de agregación de la materia, un
líquido es un fluido cuyo volumen es constante en condiciones de
temperatura y presión constante y su forma es esférica. Sin embargo,
debido a la gravedad ésta queda definida por su contenedor. Un
líquido ejerce presión en el contenedor con igual magnitud hacia
todos los lados.
Si un líquido se encuentra en reposo, la presión que ejerce está dada
por:
Donde ρ es la densidad del líquido y z es la distancia del punto debajo
de la superficie.
Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente
se expanden cuando se incrementa su temperatura y se comprimen
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cuando se enfrían. Los objetos inmersos en algún líquido son sujetos a
un fenómeno conocido como flotabilidad.
Cuando un líquido sobrepasa su punto de ebullición cambia su estado
a gaseoso, y cuando alcanza su punto de congelación cambia a
sólido.
Gases:
Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene
forma propia. Su principal composición son moléculas no unidas,
expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tenga
forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el
volumen del recipiente que la contiene, con respecto a los gases las
fuerzas gravitatorias y de atracción entre partículas resultan
insignificantes.
3.2 VISCOSIDAD:
La viscosidad es una medida de la resistencia del fluido a derramarse
o fluir por el interior de un conducto. En general, se definen dos tipos
de viscosidad.
La viscosidad dinámica : se define como:
Donde:
es la tensión tangencial (se opone al movimiento) y es la dirección normal al movimiento.
La unidad fundamental en el sistema c.g.s. es el poise,
definido como :
En la práctica, se utiliza en centipoise, que es la centésima parte de un poise.
La viscosidad cinemática: se define como:
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Donde:
es la densidad del fluido.
La unidad fundamental es el Stoke.
Aunque en la práctica se utiliza el cetistoke (cSt).
Procedimiento:
1. Se pesa el pequeño bloque.2. Medimos el ángulo de inclinación que tendrá la superficie sobre la cual
resbalará el bloque.
Superficie donde muestra el grado de inclinación
3. Medimos el área lateral que estará en contacto con el fluido a usar.
4. Se frota el fluido de tal manera que se forme una película la cual encaje exactamente el espacio entre el bloque y la superficie.
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5. Se coloca el bloque en la línea marcada y Se deja que resbale, en tanto se toma el tiempo en llegar al final de la superficie.
6. Se repite este procedimiento cada 4 veces, con el fin de obtener un tiempo promedio
Cálculos y resultados
PARA EL ACEITE DE CARRO
ENSAYO Nº 1Datos
Angulo de inclinación 30 grados Área 72 cm2
Longitud 40 cm. Tiempo promedio 3.819 s Masa 422 gr Espesor de la película 1.00 mm
Cálculos
1. Calculo del área de contacto:
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Largo: 0.10mAncho: 0.036mLuego el área es: 0.0036m2
Entonces, el área total de contacto es: 2x 0.0036m2 = 0.0072 m2
2. encontramos el peso
Sabemos que W=mg
W= (0.422Kg) x (9.81m
s2)
W= 4.14 N
3. encontrando la velocidad
Formula a emplear e = vt
Despejando velocidad tenemos v= et
Reemplazando datos
V = 40 cm
3.819 s V = 10.4739
cms
V = 0.1047 ms
4. Encontrando la fuerza
5. Por condición de equilibrio
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F = W sen 30F = (4.14N)(sin 30)F = (4.14N)(0.5)
F = 2.07 N
6. Encontramos la viscosidad
Sabemos que:
t = udvdy
t = FA
Como la distribución de las fuerzas es lineal, entonces:
t = u Ve
Despejando u tenemos:
u = F . eA .V
Donde:
u : Viscosidad dinámica ( N . S
m2 )
V : Velocidad ( ms
)
A : Área ( m2) F : Fuerza ( N ) e : Espesor de la película (m)
Reemplazando datos
u = (2. 0 7 N )(1.00∗10−3 m)
(72∗10−4 m2 )(0 . 1047ms)
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u = 2.746 N . S
m2
ENSAYO Nº 2Datos
Angulo de inclinación 45 grados Área 72 cm2 = 72*10−4 m2
Longitud 40 cm.
Tiempo promedio 0.909 s Masa 422gr Espesor de la película 0.30 mm = 0.3*10−3 m2
Cálculos1. encontramos el peso
Sabemos que W=mg
W=(0.422Kg)x(9.81m
s2)
W= 4.14 N
2. encontrando la velocidad
Formula a emplear e = vt
Despejando velocidad tenemos v= et
Reemplazando datos
V = 40 cm
0 .909 s
V = 44.0044cms
V = 0.44 ms
3. ENCONTRANDO LA FUERZA
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Viscosidad Mecánica De Fluidos I
4. por condición de equilibrio
F = W sin 45F = (4.14N)(sin 45)F = (4.14N)(√2/2)
F = 2.9275N5. encontramos la viscosidad
Sabemos que: t = udvdy
t = FA
Como la distribución de las fuerzas es lineal, entonces:
t = u Ve
Despejando u tenemos:
u = F . eA .V
Donde:
u : Viscosidad dinámica ( N . S
m2 )
V : Velocidad ( ms
)
A : Área ( m2) F : Fuerza ( N ) e : Espesor de la película (m)
Reemplazando datos
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u = (2.9275 N )(1.00∗10−3 m)
(72∗10−4 m2 )(0 . 44ms)
u = 0.9224 N . S
m2
ENSAYO Nº 3Datos
Angulo de inclinación 60 grados Área 72 cm2 = 72*10−4 60 Longitud 40 cm. Tiempo promedio 0.416 s Masa 422gr Espesor de la película 1mm = 1.00*10−3 m2
Cálculos6. encontramos el peso
Sabemos que W=mg
W=(0.422Kg)x(9.81m
s2)
W= 4.14 N
7. encontrando la velocidad
Formula a emplear e = vt
Despejando velocidad tenemos v= et
Reemplazando datos
V = 40 cm
0.416 s
V = 96.1538 cms
V = 0.9615 ms
8. ENCONTRANDO LA FUERZA
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Viscosidad Mecánica De Fluidos I
9. por condición de equilibrio
F = W sin 60F = (4.14N)(sin 60)F = (4.14N)(√3/2)
F = 3.5853N10. encontramos la viscosidad
Sabemos que: t = udvdy
t = FA
Como la distribución de las fuerzas es lineal, entonces:
t = u Ve
Despejando u tenemos:
u = F . eA .V
Donde:
u : Viscosidad dinámica ( N . S
m2 )
V : Velocidad ( ms
)
A : Área ( m2) F : Fuerza ( N ) e : Espesor de la película (m)
Reemplazando datos
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u = (3.5853 N )(1.00∗10−3 m)
(72∗10−4 m2 )(0 . 9615ms
)
u = 0.517 N . S
m2
ENSAYO Nº 1
Datos Angulo de inclinación 45 grados Área 72 cm2 = 72*10−4 60 Longitud 40 cm. Tiempo promedio 4.624 s Masa 422gr Espesor de la película 1mm = 1.00*10−3 m2
Cálculos11. encontramos el peso
Sabemos que W=mg
W=(0.422Kg)x(9.81m
s2)
W= 4.14 N
12. encontrando la velocidad
Formula a emplear e = vt
Despejando velocidad tenemos v= et
Reemplazando datos
V = 40 cm
4.624 s
V = 8.6505cms
V = 0.0865 ms
13. ENCONTRANDO LA FUERZA
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Viscosidad Mecánica De Fluidos I
14. por condición de equilibrio
F = W sin 45F = (4.14N)(sin 45)F = (4.14N)(√2/2)
F = 2.9274N15. encontramos la viscosidad
Sabemos que: t = udvdy
t = FA
Como la distribución de las fuerzas es lineal, entonces:
t = u Ve
Despejando u tenemos:
u = F . eA .V
Donde:
u : Viscosidad dinámica ( N . S
m2 )
V : Velocidad ( ms
)
A : Área ( m2) F : Fuerza ( N ) e : Espesor de la película (m)
Reemplazando datos
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Viscosidad Mecánica De Fluidos I
u = (2.9274 N )(1.00∗10−3 m)
(72∗10−4m2 )(0 .0865ms)
u = 4.6997 N . S
m2
ENSAYO Nº 2
Datos Angulo de inclinación 60 grados Área 72 cm2 = 72*10−4
Longitud 40 cm. Tiempo promedio 2.424 s Masa 422gr Espesor de la película 1mm = 1.00*10−3 m2
Cálculos16. encontramos el peso
Sabemos que W=mg
W=(0.422Kg)x(9.81m
s2)
W= 4.14 N
17. encontrando la velocidad
Formula a emplear e = vt
Despejando velocidad tenemos v= et
Reemplazando datos
V = 40 cm
2.424 s
V =16.5017cms
V = 0.1650 ms
18. ENCONTRANDO LA FUERZA
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Viscosidad Mecánica De Fluidos I
19. por condición de equilibrio
F = W sin 60F = (4.14N)(sin 60)F = (4.14N)(√3/2)
F = 3.5853N20. encontramos la viscosidad
Sabemos que: t = udvdy
t = FA
Como la distribución de las fuerzas es lineal, entonces:
t = u Ve
Despejando u tenemos:
u = F . eA .V
Donde:
u : Viscosidad dinámica ( N . S
m2 )
V : Velocidad ( ms
)
A : Área ( m2) F : Fuerza ( N ) e : Espesor de la película (m)
Reemplazando datos
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Viscosidad Mecánica De Fluidos I
u = (3.5853 N )(1.00∗10−3 m)
(72∗10−4 m2 )(0 . 1650ms
)
u = 3.01179 N . S
m2
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
Se logro determinar la viscosidad dinámica del aceite de carro SAE-30 y de la miel de caña
Viscosímetro 1 Viscosímetro 2
Viscosidad Ens. 1 Ens. 2 Ens. 1 Ens. 2 Promedio
Aceite 0.30 0.27 0.28 0.28 0.2825miel 12.48 15.26 55.61 50.09 33.36
De los resultados obtenidos de la practica para el aceite SAE-30 se obtuvo un
promedio de 0.2825N∗s
m2 , asimismo el valor real de la viscosidad de dicho
fluido es 0.35 N∗s
m2 ; de donde se puede concluir que la variación obtenida en
el laboratorio es producto de que el equipo utilizado no es el optimo para este tipo de ensayos.
Se logro aplicar la teoría a la práctica ya que se logro obtener los valores de la viscosidad de los fluidos utilizados.
Los datos obtenidos en el laboratorio son aproximados debido a errores por manejo de equipo de su actual condición.
RECOMENDACIONES
Se debe tener mayor cuidado en el manejo del equipo de laboratorio, debido a que es escaso.
Tener cuidado al escurrir el fluido sobre la superficie en contacto del viscosímetro y tratar de que este cubra el espacio entre el bloque y la superficie.
Homogenizar con el fluido la superficie por donde se va a deslizar el bloque para que la velocidad sea continúa.
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7. BIBLIOGRAFIA Ranald V. Giles, Jack B. Evertt, Cheng Liu Mecánica de los fluidos e hidráulica
Tercera Edición Robert L. Mott : “Mecánica de fluidos” Sexta Edición
Otelo limosa
www.astm.org
www.flowcontrolnetwork.com
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