UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

LABORATORIO DE SISTEMAS DE TRANSPORTE Y

APROVECHAMIENTO DE FLUIDOS

PRCTICA N 4

ANALISIS DE VISCOSIDAD

1. INTRODUCCIN

Los gases y los lquidos tienen una propiedad conocida como viscosidad, la cual se puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un fluido, resultante de los efectos combinados de la cohesin y la adherencia. La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del movimiento de una capa de fluido con respecto a otra y es completamente distinta de la atraccin molecular. Se puede considerar como causada por la friccin interna de las molculas y se presenta tanto en gases ideales como en lquidos y gases reales. La viscosidad en los lquidos se origina por las fuerzas de cohesin mientras en los gases se origina por la colisin molecular y varia con la temperatura. 2. TEMAS DE CONSULTA

Definicin de viscosidad. Clases de viscosidad y sus unidades (dinmica, cinemtica y relativa). Fluidos newtonianos y no newtonianos. Clases de Viscosmetros y su funcionamiento. Variacin de la viscosidad respecto a la temperatura. Que es SSU y prueba de viscosidad Saybolt. Explicacin de la nomenclatura SAE, API e ISO en los aceites. 3. IMPLEMENTOS Viscosmetro Hppler. Juego de esferas. Aceite. Cronmetro. Termmetro. Sistema de temperatura variable.

4. MARCO TERICO VISCOSMETRO HPPLER

Est basado en una modificacin del Viscosmetro de bola, en donde una esfera rueda en el interior de un tubo que puede inclinarse un ngulo determinado. Las esferas son relativamente grandes con relacin al dimetro interior del tubo, lo que hace que el dimetro de la esfera sea de gran precisin. Las medidas de la viscosidad deben hacerse a diferentes temperaturas del fluido, donde se cumple que:

Dnde: Viscosidad absoluta Constante de la esfera Densidad de la esfera Densidad del aceite Tiempo de cada

= (1 2)

El valor de la constante depende del tipo de esfera a utilizar, en esta prctica se usar una esfera de vidrio de las siguientes caractersticas:

= 2500 [

3]

= 5x107 [3

]

PRINCIPIO DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON, EL COEFICIENTE DE VISCOSIDAD.

El principio de la viscosidad de Newton para un flujo bien ordenado, en el que las partculas se mueven por trayectorias rectilneas y paralelas, establece que para ciertos fluidos, llamados fluidos newtonianos, la tensin cortante en una interface tangente a la direccin del flujo es proporcional al gradiente de la velocidad en direccin normal a la interface.

En un fluido newtoniano existe una relacin lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado y la rapidez de deformacin resultante.

Si se elige una superficie de rea infinitesimal en el flujo y se dibuja la normal n a esta superficie y se representan grficamente las velocidades del fluido a lo largo de la normal, se obtiene as la distribucin de velocidades. La pendiente de esta curva respecto del eje n en la posicin correspondiente al rea elemental, da valor de Dv/dn, que se relaciona con la tensin cortante , mostrada en el elemento superficial. Introduciendo el coeficiente de proporcionalidad en el principio de la viscosidad de Newton se llega al siguiente resultado:

En donde se conoce con el nombre de coeficiente de viscosidad dinmica y tiene las dimensiones [FT/L2]. Por otra parte, la presin solo tiene una influencia muy pequea sobre la viscosidad, influencia que normalmente se desprecia. Hay que sealar que todos los gases y la mayora de los lquidos ms sencillos son fluidos newtonianos, y de aqu que se comporten de acuerdo con la ecuacin anterior. Las pastas, los lodos y los altos polmeros son ejemplos de fluidos que no pueden considerarse como no newtonianos. Existe un principio de la viscosidad ms general llamado principio de la viscosidad de Stokes, aplicable a fluidos mucho ms generales que fluidos newtonianos.

La medicin de flujo concluye con una discusin acerca de los mtodos empleados en la determinacin de la viscosidad. Esta propiedad puede ser medida de varias formas:

1. Con la ecuacin de Newton de la viscosidad. 2. Con la ecuacin de Hagen-Poiseuille. 3. Con mtodos que requieren de calibracin con fluidos de viscosidad conocida.

Si se mide el gradiente de velocidad dv/dy y el esfuerzo cortante , es posible calcular la viscosidad dinmica o absoluta a partir de la ley de Newton de la viscosidad (ecuacin 1). Este es el mtodo bsico ya que determina todas las dems cantidades en la definicin de la ecuacin de la viscosidad. El coeficiente entre el esfuerzo cortante y el cambio de velocidad expresa la viscosidad.

Existen muchos mtodos industriales para medir la viscosidad, por lo general deben ser calibrados en cada caso especial con el objeto de obtener unidades absolutas.

Los procedimientos y el equipo para medir la viscosidad son numerosos. Algunos emplean los principios fundamentales de la mecnica de fluidos para tener la viscosidad en sus unidades bsicas. Otros indican exclusivamente valores relativos de la viscosidad que se pueden utilizar para comparar diferentes fluidos

5. PROCEDIMIENTO

1. Nivele el Viscosmetro. 2. Encienda el banco, configure la temperatura indicada por el auxiliar y espere hasta que el

termmetro del viscosmetro marque dicha temperatura. 3. Gire el viscosmetro y tome el tiempo que demora la esfera en caer desde la marca

superior hasta la marca inferior del tubo interior del viscosmetro. Una vez pase la lnea final invirtalo 180 grados y tome nuevamente el tiempo. Tabule los datos.

NOTA: tenga en cuenta que al girar el viscosmetro debe hacerlo en el sentido contrario al realizado inicialmente para evitar torcer las mangueras.

=

(1)

4. Modifique la temperatura del bao de agua con las temperaturas indicadas por el auxiliar. 5. Repita el paso 3 y tabule los nuevos datos. 6. Cuando tenga la toma de datos para las diferentes temperaturas realice los clculos

necesarios con las ecuaciones suministradas en la gua. 6. CLCULOS TIPO

Viscosidad experimental: = (1 2)

Viscosidad terica: =

NOTA: Use temperaturas absolutas para la ecuacin de la viscosidad terica.

Las propiedades del aceite son:

Aceite hidrulico ISO 68 Propiedad Valor en unidades mtricas

Densidad promedio 860 [kg/m3]

Viscosidad cinemtica (40C) 68 [cSt]

Viscosidad cinemtica (100C) 10,2 [cSt] 7. ANLISIS DE RESULTADOS

1. Realizar una grfica de Viscosidad vs. Temperatura. (TERICA Y EXPERIMENTAL) 2. Explique Cmo y por qu vara la viscosidad con la temperatura? 3. Enuncie una aplicacin prctica del fenmeno estudiado. 4. Investigue cuales son los aceites ms usados en la industria, con su respectiva aplicacin

y viscosidad dinmica y cinemtica.

8. BIBLIOGRAFA

[1] POTTER, Merle C. y WIGGERT, David C. Mecnica de fluidos. 2 ed. Mxico: Prentice Hall, 1998.

[2] ENGEL, Yunus A. y CIMBALA, John M. Mecnica de fluidos, fundamentos y aplicaciones. Mxico: McGraw-Hill, 2006.

[1] MOTT, Robert L. Mecnica de fluidos aplicada. 4 ed. Mxico: Prentice Hall, 1996.