UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA INGENIERIA CIVIL
DOCENTE: ING. KENNEDY RICHARD GOMEZ TUNQUE
CICLO: V
SECCIN: B
HUANCAVELICA, OCTUBRE DEL 2012.
AGRADECIMIENTOAgradecemos en especial a nuestros padres por
brindarnos su apoyo incondicional que da a da luchan por darnos lo
mejor y seguir formndonos para una vida futura. Tambin agradecemos
al docente del curso por brindar sus enseanzas en el saln de clase,
y aportar sus experiencias en nosotros. As mismo tambin agradecemos
a los docentes de la Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera
Civil, por darnos enseanzas.
NDICECARATULADEDICATORIA.
AGRADECIMIENTO
NDICERESUMEN
INTRODUCCINCAPITULO I: PROBLEMA
1.1 FORMULACIN DEL EXPERIMENTO
1.2 PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO
1.3 OBJETIVOS: GENERALES Y ESPECFICOSCAPITULO II: MARCO
TERICO2.1 ANTECEDENTES
2.2 BASES TERICASCAPITULO III: METODOLOGA DEL EXPERIMENTO
3.1 DESARROLLO DE LA PRCTICA
3.2 EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS
CAPITULO IV: RESULTADOS DEL EXPERIMENTO
4.1 PRESENTACIN DE LOS RESULTADOS
4.2 DISCUSINCAPITULO V: PROGRAMACIN5.1 FLUJOGRAMA DEL
PROGRAMA
5.2 CODIFICACIN DEL PROGRAMA
5.3 MANUAL DEL PROGRAMA
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS (tipo Vancouver)
ANEXOS
Tablas, graficas utilizadas
Planos (planta, elevacin, cortes, 3D)
Panel fotogrfico
CD Completo (incluyendo instalador del programa)
RESUMEN
Nuestro experimento en resumen es hallar la viscosidad de los
diferentes fluidos, lo primordial es saber el tiempo y velocidad en
que una canica fluye en dicho fluido, para lo cual hicimos
experimentos con fluidos como son: aceite de cocina, aceite de
carro (Diesel), que es ms viscoso que el agua, tambin del agua,
donde hicimos varias pruebas de cada uno de los fluidos, con dos
tipos de canicas, de diferentes dimetros, de la cual obtuvimos
resultados de cada fluido con cada canica en un tiempo determinado,
para lo cual necesitamos obtener el pero del lquido, el peso de la
probeta, longitud, y tiempo en que fluye la viscosidad. Cuando la
densidad aumenta, la velocidad lmite disminuye, mientras ms denso
sea el fluido, la velocidad lmite de cada de la canica es
menor.INTRODUCCINSi se coloca una canica en un cierto fluido en una
probeta, puede ser que llegue abajo en unos cuantos segundos, como
tambin lo puede hacer en un largo tiempo limitado. Esto ocurre
porque existe un roce entre las capas del fluido, en unos se
presentan con menor roce que otros, de aqu se obtiene la velocidad
lmite de viscosidad.
En esta experiencia se plantea el objetivo de determinar la
viscosidad de fluidos que son usados normalmente en actividades
cotidianas, tales como el agua, el diesel, el aceite de motor y el
aceite vegetal, mediante la frmula de Stokes.
Bsicamente la frmula de Stokes consiste en analizar la cada de
una bola de acero en este caso una canica, en un tiempo dado sobre
el fluido a estudiar y mediante un cuidadoso anlisis fsico-mecnico,
se puede constatar el valor de la viscosidad.
Para la realizacin del experimento, es indispensable conocer el
tiempo de cada de la bola, para ello se tom el tiempo con un
cronmetro, esto podra ser una de las restricciones en que lo
valores de la viscosidad puedan variar considerablemente. Es muy
probable que la persona que toma el tiempo, tenga un cierto margen
de error en su reaccin al accionar el cronmetro cuando la bola
alcanza la marca inferior.
Una vez obtenidos los primeros datos, se toman los promedios de
las velocidades lmites y se calculan las viscosidades. Al hacer
estos clculos, se puede demostrar con mayor claridad y precisin lo
que est ocurriendo y a la vez comparar el comportamiento de los
fluidos en estudio.
Los Alumnos.
CAPTULO I
PROBLEMA
1.1. FORMULACIN DEL EXPERIMENTOCmo influye la propiedad de
viscosidad en el movimiento de los fluidos?1.2. PLANTEAMIENTO DEL
EXPERIMENTO
Los diferentes lquidos tienen distintas propiedades. Una de
estas propiedades es la viscosidad, la resistencia del lquido a
fluir. El agua, el aceite, la leche y el jugo de frutas son
comparativamente lquidos y fluyen con ms facilidad que los fluidos
ms espesos y ms viscosos como la miel, el jarabe de maz, el champ o
el jabn lquido. Para lo cual optamos varios fluidos para hallar la
velocidad lmite en que una bola cae, y el tiempo. Sabiendo que la
viscosidad es una propiedad importante de los fluidos de
perforacin. Un fluido ms viscoso tiene mejor capacidad para
suspender los detritos de la roca y transportarlos hacia la
superficie. Sin embargo, se necesita ms presin para bombear los
fluidos muy viscosos, provocando un desgaste natural adicional del
equipo de perforacin. Adems, los fluidos viscosos son ms difciles
de separar de los detritos.
Una manera de probar la viscosidad de un lquido es observando
cunto tarda un objeto para hundirse en ese lquido. Tambin puedes
comparar las viscosidades comparando los diferentes tiempos de
hundimiento para los diferentes fluidos.1.3. OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar la viscosidad de los fluidos.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECFICOS
Determinar el tiempo y la velocidad lmite de un fluido, cundo
una canica cae en un fluido, a una altura determinada.
Determinar la viscosidad de un fluido con la variacin de una
temperatura. Determinar la viscosidad de distintos fluido aplicando
la ley de Stokes.
CAPITULO IIMARCO TERICO
2.1 ANTECEDENTESLa mecnica de fluidos podra aparecer solamente
como un nombre nuevo para una ciencia antigua en origen y
realizaciones, pero es ms que eso, corresponde a un enfoque
especial para estudiar el comportamiento de los lquidos y los
gases.
Los principios bsicos de l movimiento de los fluidos se
desarrollaron lentamente a travs de los siglos XVI al XIX como
resultado del trabajo de muchos cientficos como Da Vinci, Galileo,
Torricelli, Pascal, Hacia finales del siglo XIX la hidrodinmica y
la hidrulica experimental presentaban una cierta rivalidad. Por una
parte, la hidrodinmica clsica aplicaba con rigurosidad principios
matemticos para modelar el comportamiento de los fluidos, para lo
cual deba recurrir a simplificar las propiedades de estos. As se
hablaba de un fluido real. Esto hizo que los resultados no fueran
siempre aplicables a casos reales. Por otra parte, la hidrulica
experimental acumulaba antecedentes sobre el comportamiento de
fluidos reales sin dar importancia a al formulacin de una teora
rigurosa.
La Mecnica de Fluidos moderna aparece a principios del siglo XX
como un esfuerzo para unir estas dos tendencias: experimental y
cientfica. Generalmente se reconoce como fundador de la mecnica de
fluidos modela al alemn L. Prandtl (1875-1953). Esta es una ciencia
relativamente joven ala cual aun hoy se estn haciendo importantes
contribuciones.
La referencia que da el autor Vernard J.K acerca de los
antecedentes de la mecnica de fluidos como un estudio cientfico
datan segn sus investigaciones de la antigua Grecia en el ao 420
a.C. hechos por Tales de Mileto y Anaxmenes; que despus continuaran
los romanos y se siguiera continuando el estudio hasta el siglo
XVII.
Esta invencin se refiere a un agente aumentador de la viscosidad
soluble en agua y a una composicin detergente liquida que lo
contiene y, mas concretamente, a un agente aumentador de la
viscosidad soluble en agua que tiene excelente estabilidad y
solubilidad en una solucin de diferentes agentes tensioactivos y a
una composicin detergente liquida que posee una viscosidad
apropiada y contiene homogneamente dicho agente aumentador de la
viscosidad soluble en agua.Los agentes aumentadores de la
viscosidad se utilizan con el fin de conferir una viscosidad
apropiada a soluciones de diferentes agentes tensioactivos tales
como, por ejemplo, agentes tensioactivos anionicos, catinicos y no
inicos, y tienen una amplia variedad de aplicaciones, ejemplo, para
detergentes lquidos, cosmticos, pinturas, adhesivos y colorantes.
En cuanto a los agentes aumentadores de la viscosidad que se van a
utilizar con dichas soluciones de un agente tensioactivo, se
conocen en la tcnica compuestos de tipo ster de acido graso lineal
con polioxietileno (abreviado de a qui en adelante como POE"),
incluyendo los esteres de acido graso lineal y POE y los esteres de
acido graso lineal metilglucosilados y POE, y los polmeros solubles
en agua tales como hidroxi-etilcelulosa, metilcelulosa y
polivinilpirrolidona.
Los agentes aumentadores de la viscosidad de tipo ster de acido
graso lineal y POE, no obstante, tienden a hidrolizarse en un
sistema acuoso y tienen una escasa estabilidad de viscosidad. Por
otra parte, los agentes aumentadores de la viscosidad de tipo
polmero soluble en agua tienden a precipitar por adicin de sales en
una solucin electroltica fuerte que contenga una cierta clase de
agente tensioactivo anionicoo sal inorgnica, y por tanto tienen una
escasa solubilidad para dicho electrolito. Esto impone una seria
limitacin para la formulacin, por ejemplo, de champs, cuando se
pretende aumentar su viscosidad.
Han existido, por lo tanto, fuertes demandas para el desarrollo
de un agente aumentador de la viscosidad que posea una buena
estabilidad de viscosidad y una abundante solubilidad para
soluciones de diferentes agentes tensioactivos, incluyendo los
agentes tensioactivos anionicos, catinicos y no inicos.
La viscosidad es la oposicin de un fluido a las deformaciones
tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido
ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de
viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximacin
bastante buena para ciertasaplicaciones.La viscosidad absoluta: est
dividida por la densidad del fluido. Se expresa en centistokes. Y
es el tiempo requerido para que una cantidad fija de un aceite
fluya a travs de un tubo capilar bajo la fuerza de la gravedad.
HISTORIA DE LOS VISCOSMETROS
Todo comenz cuando se cre el concepto de Fluido Ideal, con este
alboroto Isaac Newton ide una forma de clasificar los fluidos
ideales y los fluidos que no son ideales. Para poder hacer esta
divisin realiz, lo que hoy se le conoce como LA LEY DE LA
VISCOSIDAD DE NEWTON, afirma que dada una rapidez de deformacin en
el fluido, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la
viscosidad, en ella incluy diferentes cualidades que debe tener un
fluido ideal (fluido newtoniano) y las que debe tener un fluido no
ideal (fluidos no newtoniano). Como bien se sabe ningn fluido
ideal, ya que todos los fluidos reales tienen viscosidad, algunos
fluidos que tienen una viscosidad muy baja se les puede llegar
a
considerar como fluidos newtonianos; es aqu en donde entra el
papel de los viscosmetros, que son instrumentos que se utilizan
para conocer la viscosidad dinmica o cinemtica de cualquier fluido
real, utilizando diferentes mtodos de trabajo cada uno de ellos,
adems, de utilizar diferentes unidades de mediciones como el poise,
el Stokes, Pa(s) y el grado SAE.
La ATSM Internacional produce estndares para medir y reportar
mediciones de viscosidad. Tambin a los viscosmetros se les conoce
como remetros. Los primeros remetros como los Viscosmetros de
Tambor Rotatorio fueron desarrollados por Couette en 1890, un
viscosmetro con unos cilindros unilaterales, que utiliza el
concepto de viscosidad dinmica en su funcionamiento. Mediante el
uso de esta sencilla ecuacin: Se hace girar el tambor exterior a
una velocidad angular constante, mientras que el tambor interior se
mantiene estacionario. Por consiguiente, el fluido que est en
contacto con el tambor giratorio tiene una velocidad lineal, v,
conocida, mientras tanto el fluido que est en contacto con el
tambor interior tiene una velocidad cero. Debido a la viscosidad
del fluido, se presenta una fuerza de arrastre sobre Viscosmetro de
Tambor Rotatorio la superficie del tambor interior que ocasiona el
desarrollo de un torque cuya magnitud puede medirse con un
torqumetro sensible. La magnitud de dicho torque es una medida de
la tensin de corte del fluido. Fluido Ideal.- es aquel en el cual
no existe friccin entre sus partculas, o sea que la viscosidad. Sir
Isaac Newton (1642-1727) Fsico, Matemtico y Astrnomo Ingls Creador
de las leyes del movimiento y la Ley de la Gravitacin Universal
entre sus principales aportaciones. Poise: En honor a Jean Louis
Marie Poiseuille. Stokes: en honor a George Gabriel Stokes. Grado
SAE: nombre dado por la Society Automotors Engineers (SAE), a
partir de 100C derivado del centistoke. Maurice Couette (1858-1943)
Fsico francs reconocido por su trabajo en la mecnica de
fluidos.
De este aparato se deriva el viscosmetro de Stabinger que
funciona mediante la creacin de un campo magntico, utilizando
imanes, haciendo de este un mtodo novedoso. Viscosmetro de Tubo
Capilar Hablando de los verdaderos inicios de los viscosmetros
tenemos el Viscosmetro de Tubo Capilar inventado por Pouseuille en
1828 como tiene como fundamento de funcionalidad la Ley de
Poiseuille que ayuda a determinar mediante el uso de un tubo
cilndrico fino y un par de manmetros, la viscosidad y la velocidad
de los flujos capilares. A posteriori los Viscosmetros de Vidrio
Capilar Estndar o Viscosmetros de Ostwald. Fueron inventados en
1918 por Friedrich W. Ostwald8, para medir la viscosidad cinemtica
de lquidos transparentes y opacos. Viscosmetro de Vidrio Al
preparar la prueba de Capilar Estndar viscosidad, el tubo del
viscosmetro se carga con una cantidad especfica del fluido de
prueba. Despus de estabilizar la temperatura de prueba, se aplica
una succin para hacer pasar el fluido por el bulbo, ligeramente por
arriba de la marca superior del tiempo. Se suspende la succin y se
permite que el fluido circule por gravedad. La seccin de trabajo
del tubo es la capilar por debajo de la marca inferior del tiempo.
La viscosidad cinemtica se calcula con la multiplicacin del tiempo
del flujo por la constante de calibracin de viscosmetro. Bao que
guarda viscosmetros capilares de vidrio estndar
Jean L. Marie Poiseuille (1799-1864) Fsico y fisilogo francs.
Invent un viscosmetro y fue el primero (1828) en utilizar el
manmetro de mercurio para medir la presin arterial. Friedrich
Wilhelm Ostwald (1853-1932) Qumico y filsofo alemn, ganador del
premio Nobel de Qumica en1909.
En el ao de 1933 Fritz Hppler crea lo que hoy se le conoce como
viscosmetro de bola que cae o viscosmetro de Hppler utilizando el
principio de la velocidad terminal. Hace que una bola esfrica caiga
a travs de un fluido y se mida el caracterstica de la bola de acero
tiempo que requiere para recorrer una distancia conocida. As es
posible calcular la velocidad. Para tomar el tiempo de descenso de
la bola es necesario que el fluido sea Viscosmetro de Bola que
transparente, para as poder cae o de Hppler observarlo y llevar a
cabo el registro. La esfera est hecha de acero inoxidable, una
aleacin de Nquel, Hierro y Vidrio. En la actualidad el viscosmetro
de Saybolt universal es uno de los ms confiables debido a su
excelente precisin, pero los antecedentes de este maravilloso
invento, datan de finales del siglo XIX, en 1885 el Qumico Ingls
George M. Saybolt desarroll un sistema para obtener la viscosidad
de un lquido, la cual se obtiene Viscosmetro de Saybolt Universal
midiendo el tiempo en segundos que tarda en escurrir, a travs de un
orificio calibrado.
VISCOSMETROS DISCONTINUOS Y CONTINUOS Viscosmetros discontinuos
que se basan en:
a) Medir el tiempo que emplea un volumen dado del fluido para
descargar a travs de un orificio. El orificio puede sustituirse por
un tubo capilar.
b) Tiempo de cada de una bola metlica o de ascensin de una
burbuja de aire en el seno del fluido contenido en un tubo o bien
de cada de un pistn en un cilindro.
c) Par de resistencia de un elemento estacionario en una taza
rotativa que gira a velocidad constante.
El par se mide por el desplazamiento angular de un resorte
calibrado unido al elemento fijo. Entre los viscosmetros continuos
que permiten el control de la viscosidad se encuentran los
siguientes:Cada de presin producida por un tubo capilar al paso del
fluido que se bombea a caudal constante. Dos tomas situadas antes y
despus del tubo capilar se conectan a un transmisor de presin
diferencial neumtico o electrnico. Par de torsin necesario para
hacer girar un elemento en el fluido. El elemento de formada da
gira a travs de un resorte calibrado por medio de un motor sncrono.
El ngulo de desviacin en el movimiento entre el eje del motor y el
elemento inmerso en el fluido es proporcional a la viscosidad. Este
ngulo se mide en desplazamiento de contactos o en variacin de
resistencia o capacidad. Rotmetro con flotador sensible a la
viscosidad. Se mantiene un caudal constante del fluido con lo que
la posicin del flotador depende de la viscosidad. Al rotmetro se le
puede acoplar un transmisor neumtico o electrnico. Vibraciones o
ultrasonidos. Se mide la energa necesaria para excitar una probeta
en vibracin continua o que vibra ultrasnicamente en el seno del
fluido. 2.2 BASES TERICOS2.2.1 DEFINICIN DE VISCOSIDAD
Viscosidad, propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su
flujo cuando se le aplica una fuerza. La fuerza con la que una capa
de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de
fluido determina su viscosidad.
Es importante tomar en cuenta que esta propiedad depende de la
temperatura, la composicin y la presin del fluido.
La viscosidad es una propiedad cuya importancia radica en que
determina el comportamiento, en cuanto al movimiento, que puede
presentar un fluido bajo ciertas condiciones, por ejemplo de presin
y temperatura. Un fluido puede ser muy viscoso y moverse con
dificultad, como por ejemplo la melaza; o puede ser poco viscoso y
moverse con facilidad, como por ejemplo el aire y el agua, los
cuales con frecuencia son objeto de inters en ingeniera.
2.2.1.1 VISCOSIDAD DINMICALa tensin de corte de un fluido se
desarrolla cuando este se encuentra en movimiento y su magnitud
depende de la viscosidad del fluido. Se puede definir a la tensin
de corte () como la fuerza requerida para deslizar una capa de rea
unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma sustancia. La
magnitud de la tensin de corte es directamente proporcional al
cambio de velocidad entre diferentes posiciones del fluido en
fluidos como el agua, el aceite, el alcohol o cualquier otro lquido
comn.
Cuando el fluido real est en contacto con una superficie
frontera, el fluido tiene la misma velocidad que la frontera. El
fluido que est en contacto con la superficie.Inferior tiene
velocidad igual a cero y el que est en contacto con la superficie
superior tiene velocidad igual a v. Cuando la distancia ente las
dos superficies es pequea, la rapidez de cambio de velocidad vara
como una lnea recta. De manera ilustrada tenemos el esquema.
Gradiente de velocidad en un fluido en movimiento
El gradiente de velocidad se define como y es una medida de
cambio de velocidad, conocida tambin como rapidez de corte. Como la
tensin de corte es directamente proporcional al gradiente de
velocidad, podemos establecer la siguiente expresin matemtica,
conocida como la Ley de Newton para la viscosidad:
Ecuacin 1
: es una constante de proporcionalidad conocida como viscosidad
dinmica del fluido.
2.2.1.2 VISCOSIDAD CINEMTICAComo una convencin, la viscosidad
cinemtica () se define como el cociente entre la viscosidad dinmica
de un fluido y su densidad. Debido a que la viscosidad dinmica y la
densidad son propiedades del fluido, la viscosidad cinemtica tambin
lo es.
La expresin matemtica para la viscosidad cinemtica es:
Ecuacin 2
: es la viscosidad dinmica y es la densidad del fluido.
2.2.1.3 UNIDADES DE LA VISCOSIDAD DINMICA Y LA VISCOSIDAD
CINEMTICAEn el sistema internacional (SI), la unidad de viscosidad
dinmica es el Pascal segundo (Pa.s) o tambin Newton segundo por
metro cuadrado (N.s/m2), o sea kilogramo por metro segundo
(kg/ms).
La unidad correspondiente en el sistema CGS es el Poise y tiene
dimensiones de Dina segundo por centmetro cuadrado o de gramos por
centmetro cuadrado. El Centipoise (Cp.), 10-2 poises, es la unidad
ms utilizada para expresar la viscosidad dinmica dado que la mayora
de los fluidos poseen baja viscosidad.
En el sistema internacional (SI), la unidad de viscosidad
cinemtica es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS
correspondiente es el Stokes (St), con dimensiones de centmetro
cuadrado por segundo y el Centistoke (cst), 10-2 Stokes, que es el
submltiplo ms utilizado.
En el siguiente cuadro 01 se enumeran las unidades de la
viscosidad dinmica y la viscosidad cinemtica en los tres sistemas
ms ampliamente utilizados.
CUADRO 01. Unidades de viscosidad dinmica y viscosidad
cinemticaSistema de UnidadesViscosidad DinmicaViscosidad
Cinemtica
Sistema Internacional
(SI)
Sistema Britnico de Unidades
Sistema
CGS
2.2.1.4 CLASIFICACIN DE LOS FLUIDOSLos fluidos que no presentan
comportamiento elstico como los slidos, no sufren una deformacin
reversa cuando la tensin de corte se quita, y son llamados fluidos
puramente viscosos. La tensin de corte depende slo de la rapidez de
deformacin y no de la extensin de la deformacin. Aquellos fluidos
que exhiben tanto propiedades viscosas como elsticas son conocidos
como fluidos visco elsticos.
Los fluidos puramente viscosos se pueden clasificar en fluidos
no dependientes del tiempo y fluidos dependientes del tiempo. Para
los fluidos que no dependen del tiempo la tensin de corte depende
slo del gradiente de velocidad instantneo.
Para los fluidos visco elsticos la tensin de corte depende de la
rapidez de deformacin como resultado de la orientacin de formacin u
orientacin de ruptura durante la deformacin.
Para el fluido newtoniano, la viscosidad es independiente del
gradiente de velocidad, y puede depender slo de la temperatura y
quiz de la presin. Para estos fluidos la viscosidad dinmica es
funcin exclusivamente de la condicin del fluido. La magnitud del
gradiente de velocidad no influye sobre la magnitud de la
viscosidad dinmica. Los fluidos newtonianos son la clase ms grande
de fluidos con importancia ingenieril. Los gases y lquidos de bajo
peso molecular generalmente son fluidos newtonianos. Los fluidos
newtonianos cumplen con la ecuacin (1), donde la viscosidad es una
constante.
El fluido no newtoniano es aquel donde la viscosidad vara con el
gradiente de velocidad. La viscosidad el fluido no newtoniano
depende de la magnitud del gradiente del fluido y de la condicin
del fluido. Para los fluidos no newtonianos, la viscosidad se
conoce generalmente como viscosidad aparente para enfatizar la
distincin con el comportamiento newtoniano.
Existen tres tipos de fluidos independientes del tiempo: los
seudoplsticos, los fluidos dilatadores y los fluidos de Bingham.
Los fluidos dependientes del tiempo no son fciles de analizar
debido a que su viscosidad aparente vara con el tiempo, con el
gradiente de velocidad y con la temperatura. En el cuadro 2 muestra
el comportamiento de los diferentes tipos de fluidos
mencionados.
En los seudoplsticos la curva vs. v/y inicia abruptamente,
indicando una alta viscosidad aparente. La pendiente disminuye al
aumentar el gradiente de velocidad.
En los fluidos dilatadores la curva vs. v/y empieza con una
pendiente baja, indicando una baja viscosidad aparente. La
pendiente aumenta al aumentar el gradiente de velocidad.
En los fluidos de Bingham cuando comienza el flujo, se tiene una
pendiente de la curva vs. v/y esencialmente lineal, indicando una
viscosidad aparente constante. Estos fluidos tambin se conocen como
fluidos de tapn de flujo.
Cuadro 2. Fluidos newtonianos y no newtonianos.
2.2.1.5 NDICE DE VISCOSIDADTodos fluidos presentan un cambio, en
algn grado, en su viscosidad al modificar la temperatura a la que
se encuentran. Como medida de la variacin de la viscosidad de un
aceite con la temperatura se defini el llamado ndice de viscosidad,
obtenido por comparacin de dos aceites patrn, uno procedente de
Pensilvania, de naturaleza parafnica y otro de la costa del Golfo
de Mxico, de naturaleza naftnica.
Para hallar el ndice de viscosidad de un aceite dado, se toma un
aceite de Pensilvania (al que se le da un ndice de 100, que
significa que su viscosidad varia poco con la temperatura) y el
aceite del Golfo de Mxico (dndole un ndice 0, que significa que la
variacin de la viscosidad con la temperatura es mayor) cuyas
viscosidades a 210 F (98 C) fuesen iguales a la del aceite a examen
a dicha temperatura. Despus se determina la viscosidad de los tres
aceites a 100 F (38 C) y se calcula el cociente:
Ecuacin 3
Cuando un fluido presenta un alto ndice de viscosidad muestra un
cambio pequeo de viscosidad con respecto a la temperatura.
Cuando un fluido presenta un bajo ndice de viscosidad el cambio
en su viscosidad con respecto a la temperatura es grande.
2.2.1.6 VISCOSIDAD DE LOS LQUIDOS.La viscosidad de los gases a
bajas presiones se puede estimar a travs de tcnicas basadas en la
teora del sonido, pero no hay base de comparacin terica para los
lquidos. Ciertamente la viscosidad de los lquidos es muy diferente
a la viscosidad de los gases; esto es, son mucho ms grandes, y ests
decrecen rpidamente al aumentar la temperatura. El fenmeno de
viscosidad de gases de bajas presiones se debe principalmente a la
transferencia de momento por colisiones individuales movindose al
azar entre capas con diferentes velocidades. Una transferencia de
momento similar puede existir en los lquidos, aunque es usualmente
eclipsado por la interaccin de los campos de fuerza entre las
molculas lquidas empaquetadas.
En general, las teoras predominantes sobre la viscosidad de los
lquidos se pueden dividir arbitrariamente en aquellas en aquellas
que basadas en lquidos con comportamiento de gases y aquellos
basados en lquidos con comportamiento de slidos. En la primera, el
lquido es considerado ordenado en un rango corto y desordenado en
un rango largo.
En el segundo tipo de teora, el lquido se asume que existe como
una rejilla regular, transferencia de momento resultante de las
molculas vibrando dentro de la estructura de la rejilla, moviendo
hacia dentro de agujeros cercanos, o una combinacin de estos dos
eventos. Las rejillas escogidas han variado bastante de cbicas a
tipos parecidos a tneles paralelos. En una teora bien conocida, el
movimiento desde un sitio de la rejilla a un agujero se ha
considerado anlogo a la reaccin qumica activada.
Ninguna teora, hasta ahora, se reduce a una forma sencilla que
permita calcular la viscosidad de los lquidos con anticipacin, y se
deben usar tcnicas empricas. Estas tcnicas no entran en conflicto
con la teora: ellas simplemente permiten que algunas constantes
tericas desconocidas o incalculables sean aproximadas empricamente
a partir de la estructura o alguna otra propiedad fsica.
2.2.1.7 VARIACIN DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA.La
viscosidad disminuye muy rpidamente a medida que se incrementa la
temperatura. Han sido varios los especialistas que han estudiado
este comportamiento. Algunas de las frmulas empricas y mtodos para
encontrar la temperatura de distintos fluidos se presentan a
continuacin.
Ecuacin de Eyring
Dnde:
[ Viscosidad
[N] Nmero de Avogadro
[h] Constante de Planck
[] Volumen molar
[Tb] Temperatura normal de ebullicin
[T] Temperatura
Ecuacin de van Velzen
Dnde:
[]Viscosidad
[visb]Constante particular de cada lquido
[visto]Constante particular de cada lquidoCAPITULO III
METODOLOGA DEL EXPERIMENTO
3.1 DESARROLLO DE LA PRCTICA:3.1.1 CONSTRUCCIN DE LA MAQUETA
Construimos un tablero como se muestra en la figura
Procedemos a poner ,en la esquina del tablero y en el centro ,
las poleas
Una vez terminada la maqueta, construimos para poder detectar el
tiempo.
3.1.2 PARA DETERMINAR LA VISCOSIDAD
1er paso: Viscosidad de tres lquidos en estudio, tales como el
agua, diesel y aceite, usando con cada una de estas, 2 canicas de,
diferentes dimetros.
2do paso: Usando una probeta de 32 [cm] de largo, se dispuso a
colocar los lquidos y hacer una marca en cada extremo, con el fin
de tomar el tiempo que demora en caer la bola entre estas dos
marcas, para calcular as, la velocidad lmite
ANLISIS DEL AGUA:
En recipiente como la probeta vertemos el agua hasta la marca
superior
Se procedi a la toma del tiempo de la cada de la bola entre
marcas Con un cronmetro (supuestamente libre de error sistemtico).
Obtenemos el tiempo de cada entre la marca superior y la marca
inferior.
Para obtener un nico valor de los tiempos, velocidad y
viscosidad, se tom el promedio y se tom un error. Por lo tanto,
para el agua y para cada una de las bolas, se tiene el mismo
procedimiento.
NBOLA 01(D=1.665cm)BOLA 02 (D=1.157cm)
10.584.66
20.475.16
30.565.58
40.515.36
50.445.25
60.575.29
70.525.14
Tabla 1Nota: Para el clculo de los errores de las viscosidades,
se usa la tcnica de los errores relativos, pero es un poco tedioso
y complicado, as es que se tom las desviaciones estndar y el
promedio de estas como resultado final.ANLISIS DEL ACEITE: En
recipiente como la probeta vertemos el agua hasta la marca
superior
Se procedi a la toma del tiempo de la cada de la bola entre
marcas
Con un cronmetro (supuestamente libre de error sistemtico).
Obtenemos el tiempo de cada entre la marca superior y la marca
inferior.
Por lo tanto, para el agua y para cada una de las bolas, se
tiene el mismo procedimiento.N de canicasBOLA 01(D=1.665cm)BOLA 02
(D=1.157cm)
10.595.41
20.585.9
30.625.82
40.565.62
50.585.61
60.635.73
70.535.4
Tabla 2ANLISIS DEL DIESEL
En recipiente como la probeta vertemos el agua hasta la marca
superior
Se procedi a la toma del tiempo de la cada de la bola entre
marcas
Con un cronmetro (supuestamente libre de error sistemtico).
Obtenemos el tiempo de cada entre la marca superior y la marca
inferior.
Por lo tanto, para el agua y para cada una de las bolas, se
tiene el mismo procedimiento.NBOLA 01(D=1.665cm)BOLA 02
(D=1.157cm)
12.5647.87
22.6546.58
32.9548.17
42.6845.36
52.6546.25
62.6143.6
72.8145.27
Tabla 3En cada lquido el recorrido es muy diferente, ya que
tienen diferentes densidades.
3.2 EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS
PROGRAMACIN
VISCOSIDAD.hpprg, un pequeo programa diseado para la calculadora
programable hp50g, en el cual podemos calcular:
VISCOSIDAD DINMICA
VISCOSIDAD CINEMTICA
TENSIN CORTANTE
EXPERIMENTO DE VISCOSIDAD
En el CD adjunto al trabajo, viene el instalador del programa
HPUserEdit 6 en el cual podemos ver y editar el cdigo fuente del
programa, as como ejecutar el emulador de la calculadora HP50g,
tambin se adjunta un pequeo manual de cmo ejecutar el programa
VISCOSIDAD.hpprg en el emulador.
DIAGRAMA DE FLUJO
PSEUCODIGOVISCOSIDAD.HPPRG
CONCLUSIN
A medida que el dimetro aumenta, la velocidad lmite y la
viscosidad aumenta en conjunto, pero en un dimetro constante y
determinado.
Cuando la densidad aumenta, la velocidad lmite disminuye.
Mientras ms denso es el fluido, la velocidad lmite de cada de la
bola es menor, concluyendo que a medida que aumenta la densidad, la
viscosidad aumenta.
Al aumentar el dimetro de la bola, la velocidad lmite
aumenta.
La viscosidad es inversamente proporcional a la velocidad
lmite.
La velocidad lmite es directamente proporcional al dimetro de la
bola.
La velocidad lmite es directamente proporcional a la densidad de
un fluido, para un cierto material (bola).
Para poder apreciar la situacin en que los datos fueron tomados
y en la forma en que los fluidos se comportan.
Posteriormente se hicieron algunos grficos y finalmente su
anlisis.
Para finalizar este informe, se deja claro en cuestin la
importancia de las propiedades fundamentales de los fluidos, siendo
la viscosidad una de las ms destacadas..
RECOMENDACIONES Este tipo de trabajos ayuda a la mejor
comprensin de los temas, por lo cual que se debe dejar ms a menudo
por parte del docente.
Aplicar estos conocimientos adquiridos en nuestra futura vida
profesional como ingenieros civiles en los diferentes proyectos a
realizarse.
La universidad nacional de Huancavelica debe contar con
laboratorio de mecnica de fluidos , para as poder comprender el
valor verdadero de cada una de las propiedades de los fluidos
BIBLIOGRAFA
Fsica, Curso Elemental: Mecnica Alonso Marcelo
Fsica Wilson Jerry
Fsica Tomo I Serway Raymond
Dinmica II: Mecnica Para Ingeniera y sus AplicacionesDavid J
Mecnica de Fluidos Aplicada. Robert L. Mott. Prentice Hall
Hispanoamericana. 4 Edicin. 1996. Pg. 25-26
VISCOSIDAD
ALUMNOS:
DE LA CRUZ MALLQUI, Luis Alberto.
HUAYRA YALLI, Judith.
JORGE CHAHUAYO, Ninfa.
LAURENTE GOMEZ, Jorge.
MARTINEZ HUAYLLANI, Freddy Richar.
ORTIZ RAMOS, Fanny Luisa.
YALLI RAYMUNDO, Jos Carlos.
DEDICATORIA:
ESTE TRABAJO DEDICAMOS EN ESPECIAL A NUESTROS PADRES Y HERMANOS
POR SU APOYO INCONDICIONAL.
EMBED Equation.3
Las poleas para que pase el hilo con el objeto
Un objeto como una canica
Agua
Aceite de carro
Aceite
Se vierte en un recipiente como una probeta aceite.
Luego se suelta una canica y con el cronometro controlamos el
tiempo que recorre
Se controla con un cronometro
Se procedi a soltar la canica
Se procedi a soltar la canica
La canica en su recorrido
Se controla con un cronometro
PROBETA: instrumento de laboratorio que se utiliza, sobre todo
en anlisis qumico, para contener o medir volmenes de lquidos de una
forma aproximada.
PIPETA: La pipeta es un tubo de vidrio con uno de sus extremos
terminado en punta, que se utiliza en el laboratorio. Se emplea
para medir o transferir volmenes pequeos de lquidos.
CANICAS DE DIFERENTES TAMAOS
CRONOMETRO: Reloj de gran precisin para medir fracciones de
tiempo muy pequeas, utilizado en industria y en competiciones
deportivas
AGUA: nombrecomnquese aplica al estado lquido del compuesto de
hidrgeno y oxgeno H2O
ACEITE DE CARRO:
ACEITE
VISCOSIDAD DINMICA
EMBED Equation.DSMT4
1 .VISCOSIDAD DINAMICA
2. VISCOSIDAD CINEMATICA
3. TENSION CORTANTE
4. ESPERIMENTO
5.SALIR
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
CASE i
CASE 3
CASE 5
CASE 4
CASE 2
CASE 1
CANCELADO
EXPERIMENTO
TENSION CORTANTE
VISCOSIDAD CINEMTICA
VISCOSIDAD DINAMICA
4
3
2
1
MIENTRAS
EMBED Equation.DSMT4 REPETIR
FIN
1
TENSION CORTANTE EMBED Equation.DSMT4
GRADIENTE DE VELOCIDADES EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
VISCOSIDAD DINAMICA = EMBED Equation.DSMT4
FIN
VISCOSIDAD ABSOLUTA EMBED Equation.DSMT4
DENSIDAD DEL LQUIDO EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
VISCOSIDAD CINEMTICA
= EMBED Equation.DSMT4
FIN
2
3
VISCOSIDAD ABSOLUTA EMBED Equation.DSMT4
GRADIENTE DE VELOCIDADES EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
TENSION CORTANTE = EMBED Equation.DSMT4
FIN
4
Experimento de Viscosidad
En la ventana de entrada de datos ingresamos los datos
correspondientes a:
Tiempos medidos de recorrido de la billa x (ingresamos en matriz
vertical).
Distancia recorrida de la billa D.
Dimetro de la billa .
Gravedad G.
Densidad del cuerpo C
Densidad del liquido L
X LIST M Rompe la matriz y lo convierte en una lista, M LIST
sumatoria de la lista, M SIZE cantidad de elementos de la
lista.
* S/N promedio de los miembros de la lista y se guarda con la
variable PROM1
* D/M divisin entre distancia y la lista de tiempos, con lo cual
nos da una lista de Velocidades y se guarda en la variable VL
*VL LIST sumatoria de la lista, VL SIZE cantidad de elementos de
la lista.
*S/N promedio de los miembros de la lista y se guarda con la
variable PROM2
*Segn la frmula de STOKES hallamos la viscosidad de una lista de
valores y lo guardamos en la variable VISC
*Segn la frmula de STOKES hallamos la viscosidad de una lista de
valores y lo guardamos en la variable VISC
*VISC LIST sumatoria de la lista, VISC SIZE cantidad de
elementos de la lista
S/N promedio de los miembros de la lista y se guarda con la
variable PROM3
*Para i = 1 N , creamos una lista de 1 hasta N elementos de
nmeros consecutivos y se guarda en la variable N
*Creamos listas de Caracteres para hacer el etiquetado {NEns.
Tiemp. Vel.Lim. Viscosidad},{Total Prom Prom Prom} y una lista con
los datos calculados anteriormente
{N PROM1 PROM2 PROM3}
INGRESE: TIEMPOS, DISTANCIA, DIAMTERO, GRAVEDAD, DENSIDAD DEL
CUERPO, DENSIDAD DEL LQUIDO
X D G C L
X LIST M
M LIST S
M SIZE N
S/N PROM1
D/M VL
VL LIST S
VL SIZE N
S/N PROM2
(2/36)*((9.81*(^2))/ (VL)*(C-L)
VISC
VISC LIST S
VISC SIZE N
S/N PROM3
{1 N} LIST
N
Para i = 1 Hasta N
{NEns. Tiemp. Vel.Lim. Viscosidad} LIST
{Total Prom Prom Prom} LIST
{N PROM1 PROM2 PROM3} LIST
A
CONCATENAR
EMBED Equation.DSMT4
FINAL
A
IMPRIMIR
FINAL
ELIMINAR
M,S,N,PROM1,PROM2, PROM3,N,VL,VISC.
FIN
*Concatenamos de manera que quede como se muestra y lo guardamos
los resultados en la variable FINAL
*Mostramos los resultados
*Eliminamos las variables creadas.
9
_1411904177.unknown
_1411904181.unknown
_1411904185.unknown
_1411904187.unknown
_1411904189.unknown
_1411904191.unknown
_1411904192.unknown
_1411904190.unknown
_1411904188.unknown
_1411904186.unknown
_1411904183.unknown
_1411904184.unknown
_1411904182.unknown
_1411904179.unknown
_1411904180.unknown
_1411904178.unknown
_1411904169.unknown
_1411904173.unknown
_1411904175.unknown
_1411904176.unknown
_1411904174.unknown
_1411904171.unknown
_1411904172.unknown
_1411904170.unknown
_1411799014.unknown
_1411799018.unknown
_1411799023.unknown
_1411799025.unknown
_1411799026.unknown
_1411799027.unknown
_1411799024.unknown
_1411799021.unknown
_1411799022.unknown
_1411799020.unknown
_1411799019.unknown
_1411799016.unknown
_1411799017.unknown
_1411799015.unknown
_1411799012.unknown
_1411799013.unknown
_1411799011.unknown
_1411418208.bin
