Universidad de La Serena

Ing. De ejecución en mecánica

Viscosidad

Determinar el valor de la constante “e”, cifra que representa el efecto de roce propio de un fluido. Para ello utilizaremos un viscosímetro, al que gradualmente se le agregara en su interior cierto aceite de motor 15W40. Con esto se mostrara la variación del tiempo “t” y la altura al interior “l”, en la primera experiencia la masa que se mantendrá constante. Para la segunda experiencia el objetivo se basará en determinar la viscosidad absoluta que presenta el fluido, para lograr la obtención de este dato se deberá llenar el espacio entre los cilindros completamente con aceite, manteniendo el nivel constante, e ir modificando la masa. Finalmente para la última experiencia se pretende demostrar el efecto que produce la temperatura en la viscosidad, para hacerlo se realizaran modificaciones de la temperatura aumentándola paulatinamente hasta 70ºC, se mantendrá constante la masa y la cantidad de aceite en el viscosímetro.

Nombre: - Wilson Barraza

- Pedro Villalobos

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

- Introducción:

Se entiende por fluido a las sustancias capaces de fluir y adaptarse a la forma de los

recipientes que los contienen. Cuando éstos se encuentran en equilibrio su capacidad de

soportar fuerzas cortantes o tangenciales es nula.

Una propiedad importante que presentan los fluidos es la viscosidad, la cual se debe al

roce entre las capas internas de un éste, específicamente en las interacciones entre las

moléculas, la que disminuye al aplicarle una determinada temperatura.

Cuando la viscosidad se mantiene constante a lo largo del tiempo, estamos en presencia

de lo que se conoce como un fluido newtoniano, tal es el caso de los gases y de

sustancias como la miel y el aceite, entre otras. Si la viscosidad varía, entonces se trataría

de un fluido no newtoniano. En general, la viscosidad al ser una propiedad del fluido debe

ser obtenida experimentalmente, he aquí el porqué de esta experiencia.

II. ESTABLECER HIPÓTESIS

- Definir variables

- Viscosímetro de lengüeta ultrasónica: Este viscosímetro utiliza un recipiente que contiene un emisor de ondas de muy alta frecuencia (ultrasónicas) y un receptor de ondas. El recipiente es llenado con el líquido de p rueba , de manera que ambos queden cubiertos por él. Se mide el retardo que ocurre en la transmisión de la señal emitida, el cual está relacionado con la viscosidad del fluido.

- Viscosímetro de tipo Saybolt: En este tipo de viscosímetro, una cantidad precisa de

líquido se deja caer a través de un orificio calibrado, llenando un receptor de

aproximadamente 60 cm3. Se mide el tiempo que demora en caer la cantidad de fluido,

dando una lectura que es conocida como "Segundos Saybolt". A través de tablas, esta

lectura es convertida a unidades tradicionales del sistema internacional.

- Viscosímetro rotatorio: En este tipo de viscosímetro, el fluido se coloca entre dos superficies que se mueven a diferentes velocidades, girando en torno a un eje común. El esfuerzo de corte que surgirá al girar entre ellas debido a la viscosidad del fluido puede relacionarse con el torque requerido para provocar el giro. Del análisis de las condiciones geométricas del viscosímetro pueden encontrarse otras relaciones que

ayuden a obtener la viscosidad en función de las diferentes dimensiones del mismo.

III. ELABORACIÓN DE UN MARCO TEÓRICO

DEFINICIÓN DE FLUIDO

Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente cuando se le aplica una fuera de corte o tangencial. Para visualizar esta situación, consideremos lo que sucede a un sólido enfrentado a dicha fuerza tangencial.

En el caso del sólido, de la mecánica de materiales sabemos que el ángulo a de deformación angular se relaciona directamente con la intensidad del esfuerzo, es decir, a mayor esfuerzo la deformación será mayor si retiramos esta fuerza, el sólido volverá a su forma inicial.

También sabemos que si la fuerza aplicada sobrepasa el valor de esfuerzo de rotura del material, este se romperá.

Nuestra experiencia cotidiana nos indica, no todos los fluidos tienen el mismo comportamiento frente a las fuerzas que actúan sobre ellos. Por ejemplo, el aceite o la miel escurren mucho más lentamente cuando se les deja caer por una abertura, mientras que el agua común fluye rápidamente. De esta sencilla observación se desprende que la velocidad a la que se desplazara un fluido depende de sus características físicas, por lo que diferentes fluidos se desplazaran a velocidades diferentes, otra características que se puede observarse, cuando el fluido está en contacto directo con una superficie sólida tiene siempre la misma velocidad que ésta. Por ejemplo, si tenemos agua fluyendo por una tubería las partículas de agua estarán inmóviles, puesto que la pared no se mueve. Este es un hecho comprobado experimentalmente. Al mismo tiempo, sabemos que el resto del fluido tendrá una velocidad definida. Por ello, el fluido presentara diferentes velocidades dependiendo que tan lejos o cerca este de la superficie sólida. En el caso de la tubería, el flujo que se desplaza por el centro de la misma lo hará a una mayor velocidad que el que se desplace cerca de la pared.

Para estudiar este fenómeno, consideremos nuevamente el elemento de fluido sometido a deformación. Esta vez consideremos que la parte inferior del esa adyacente a una frontera solida inmóvil y que su parte superior está en contacto con una superficie móvil, con una cierta velocidad constante V.

IV. DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO

Para determinar la viscosidad de un fluido, el procedimiento debe hacerse de manera experimental, se dispone de varios métodos, que se diferencian por la utilización de

distintos viscosímetros o aparatos para determinar la viscosidad.

Para la presente experiencia se utilizará un viscosímetro didáctico rotatorio de la

compañía Cenco, modelo 74235, denominado Viscosímetro cinemática Cenco.

El viscosímetro consiste esencialmente de dos cilindros metálicos de diferente radio, montados en una base rígida de manera que los ejes de giro de ambos cilindros sean concéntricos. El espacio entre los cilindros sirve como un contenedor para el fluido a probar. El cilindro interno descansa sobre un cojinete de manera que pueda rotar con una fricción mínima. Ajustado a la parte superior del cilindro interno existe un tambor giratorio,

ejerciendo la función de polea.

Una cuerda fina es enrollada alrededor del tambor y atada en un extremo una masa de peso variable. Cuando se permite que la masa caiga, la cuerda hace girar al cilindro interno generando un roce viscoso entre ambos tambores, aplicando ecuaciones propuestas, nos permite calcular la viscosidad dinámica o absoluta. El viscosímetro dispone también de un calentador de resistencia eléctrica alojado en la pared del cilindro externo, que permite ejecutar pruebas de variación de viscosidad cinemática con respecto a la temperatura.

Datos (mm) a 25.20 b 30.00 k 16.50 s 1000.00 lo 76.85

INSTRUMENTOS UTILIZADOS:

Termómetro

Pie de metro

Cronometro

Viscosímetro rotatorio Cenco 74235

Conjunto de pesas 20,30,40,50,60 gr

Aceite de motor 15W40

Cuerda para sostener las pesas.

-

DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA:

Experiencia 1:

Determinación del coeficiente de corrección “e”

Como primera experiencia, calcularemos el coeficiente “e”, el cual simboliza el efecto del roce de

fluido con la parte baja del cilindro rotativo, el roce de los cojinetes y otras fuentes de disipación

de energía. Para hallar este valor usaremos el viscosímetro mencionado anteriormente, al cual se

le puso un peso de 20 gr para las 5 mediciones que se realizaron. A medida que se realizaban las

mediciones, se agregaba aceite y se medía su nivel con el pie de metro, para luego medir el tiempo

que demoraba en desenrollarse la cuerda que sostenía el peso al dejarlo caer.

A continuación se muestran los datos recopilados en la siguiente tabla:

Luego, aplicando una regresión lineal podemos con los datos anteriores encontrar el valor de “e”

L=0.156*T – 0.657

Si t= 0

L=e= -0.657

Experiencia 2:

Determinación de la viscosidad de un fluido mediante la ecuación:

Además, se tiene los siguientes datos del viscosímetro rotatorio:

Datos (mm) A 25.20 B 30.00 K 16.50 S 1000.00 Lo 76.85

Y así, ingresando los datos en la ecuación de viscosidad, se tiene a siguiente tabla:

El promedio de la viscosidad es: 0,0029 (poise)

Experiencia 3:

Como afecta la temperatura a la viscosidad (μ)

En esta experiencia se mantuvo el peso de 20 gr. Para ir variando la temperatura y tomar el

tiempo que tardaba en bajar completamente el peso para así observar si la temperatura afectaba

a la viscosidad.

Los datos recopilados son mostrados en la siguiente tabla:

V. CONCLUSIÓN

En la primera experiencia observamos que a medida que aumentamos la cantidad de aceite en el viscosímetro, aumento el tiempo que demoraba en caer el peso, lo que implica que el roce entre los cilindros era mayor. En la segunda experiencia se observó que al aumentar la masa disminuye el tiempo de caída notoriamente. Además cuando se calculó la viscosidad para cada peso observamos que los datos resultantes eran semejantes o variaban muy poco. Por último, en la tercera experiencia podemos observar que a medida que aumentamos la temperatura la viscosidad disminuye, por lo que diremos que estas son inversamente proporcionales. (W. Barraza)

El experimento se dividió en 3 partes en la que pudimos observar diferentes cosas, en la

primera experiencia el objetivo era calcular el “e” para el cual llenamos el tambor al

realizar cada medida hasta completar las 5 con un peso constante de 20gr se pudo

observar que a medida que más aceite se agregaba más demoraba en bajar ya que

aumento el roce del tambor. La segunda experiencia se utiliza la misma cantidad de

aceite pero se cambia el peso y se realizan nuevamente 5 lanzamientos y finalmente la

tercera experiencia consta de saber qué pasa con la viscosidad y la temperatura, ya que a

mayor temperatura menor viscosidad el aceite comienza adelgazar provocando que el

tiempo de caída del peso sea más rápido. (P. Villalobos)