Viscosímetro Maestro: Moreno Gómez Jorge Daniel. Materia: Sistemas Mecánicos II Proyecto 2do Parcial alumno Ingeniería/licenciatura de Mecatrónica. Universidad Tecnológica de León Nombre: Machuca Moreno José Armando Correo electrónico: [email protected] alumno Ingeniería/licenciatura de Mecatrónica. Universidad Tecnológica de León Nombre: Navarro Solorzano Edgar Iván Correo electrónico: [email protected] alumno Ingeniería/licenciatura de Mecatrónica. Universidad Tecnológica de León Nombre: Rodríguez López Josué Guadalupe Correo electrónico: [email protected] alumno Ingeniería/licenciatura de Mecatrónica. Universidad Tecnológica de León Nombre: Velázquez Méndez Miguel Ángel Correo electrónico: [email protected] RESUMEN En el presente trabajo se analizará, presentará y se conocerá el análisis de la practica 3 desarrollada durante el periodo del segundo parcial. A partir de la ley de Stokes, esto conlleva a conocer la constante de viscosidad de distintos fluidos utilizados en la dicha práctica, a partir de un recipiente y de una canica. Palabras Clave: Viscosidad, viscosímetro, canica, fluido ABSTRACT In the present work, the analysis of practice 3 developed during the second partial period will be analyzed, lasted and known. From Stokes' law, this leads to knowing the constant viscosity of different fluids used in said practice, from a container and a marble .Keywords: Viscosity, viscometer, marble, fluid. medidores portátiles que no solo sirven para mediciones 1. INTRODUCIÓN La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a estacionarias, sino que también permiten mediciones en las deformaciones graduales producidas por tensiones cualquier lugar. Los diferentes tipos de viscosimetro cortantes o tensiones de tracción en un fluido. Por ejemplo, estacionarios la miel tiene una viscosidad dinámica mucho mayor que la constituyen un amplio segmento. del agua. Se trata por lo general de sistemas de medición reológicos mencionados anteriormente también complejos y grandes que permiten un examen detallado de muestras de líquidos. Normalmente se asocia el término viscosidad con la viscosidad en cizallamiento. Imagen 1. Viscosidad La viscosidad es una propiedad física característica de todos los fluidos, la cual emerge de las colisiones entre las partículas del fluido que se mueven a diferentes velocidades, provocando una resistencia a su movimiento según la Teoría cinética. Cuando un fluido se mueve forzado por un tubo liso, las partículas que componen el fluido se mueven más rápido cerca del eje longitudinal del tubo, y más lentas cerca de las paredes. Por lo tanto, es necesario que Imagen 2. viscosímetro existan unas tensiones cortantes para sobrepasar la resistencia La Ley de Stokes, formulada por George Gabriel Stokes, debida a la fricción entre las capas del líquido y la condición describe la relación entre la fuerza de fricción de una esfera de no deslizamiento en el borde de la superficie, y que el que se mueve dentro de un líquido y otras magnitudes (como fluido se siga moviendo por el tubo de rugosidad mínima. En el radio o la velocidad de la partícula). Si una esfera o un caso contrario, no existiría el movimiento. cuerpo se mueve a través de un líquido (fluido), deberá Los diferentes tipos de viscosímetro son aparatos que superarse una fuerza de fricción. detectan la dureza, también llamada viscosidad, de diferentes fluidos. Un viscosímetro se utiliza sobre todo en laboratorios, pero también es necesario en procesos de control para ayudar en el control de dichos procesos. Existen diferentes tipos de viscosímetro para determinar la viscosidad. Se diferencian en los principios de funcionamiento. Hoy en día se encuentran diferentes tipos de viscosímetro en muchas aplicaciones, que cumplen con diferentes propósitos de medición. Existen varios modelos de viscosímetro que se utilizan para mediciones sencillas de un punto. Se trata de Imagen 3. Comportamiento de la particula con la ley de stokes 2. CONTENIDO DE MATERIALES 2.1 MATERIALES Materiales Recipiente Tabla 1. Materiales ocupados Ventilador manual Imagen Jabón liquido Vinagre Cronometro Tabla de materiales 2.2 Marco teórico Canica 2.2.1 Antecedentes maginemos un bloque sólido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial (por ejemplo: una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja en dirección Agua paralela a la mesa). En este caso, el material sólido (a) opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se deforma (b) tanto más cuanto menor sea su rigidez. Si imaginamos que la goma de borrar está formada por delgadas capas unas sobre otras, el resultado de la Aceite deformación es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c). Imagen 4. Representación de la viscosidad En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares características; así, a partir de la ley de Stokes que nos permite calcularlo a través por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con la de una formula, así como usar la formula del movimiento palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, rectilíneo uniforme para calcular la velocidad de caída de la las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más canica. lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto 2.2.3 Objetivo general de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad. Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente Implementar la practica 3, para desarrollar un viscosímetro a partir de la ley de Stokes. 2.2.3.1 Objetivo metodológicos grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro también • se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, que serán ocupados en la practica • las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos • no puede resistir. Es por ello por lo que, llenado un recipiente con un líquido, la superficie del mismo permanece plana, es decir, perpendicular a la única fuerza que actúa en ese Identificar el comportamiento de la viscosidad de los fluidos, así como el desplazamiento de la canica. • Realizar los cálculos para la obtención del coeficiente de viscosidad (Pa*s) en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que Comprender la ley de Stokes y como poderla aplicarla. alejamos de la cuchara. Cabe señalar que la viscosidad solo se manifiesta en fluidos Analizar y comprender el uso de los distintos fluidos • Cronometrar varias veces el desplazamiento de la canica. 2.2.4 hipótesis momento, la gravedad, sin existir por tanto componente Dejaremos caer la canica en el parte superior, se tomara el tangencial alguna. tiempo hasta que llegue a la parte inferior del recipiente. Si la viscosidad fuera muy grande, el rozamiento entre capas adyacentes lo sería también, lo que significa que estas no podrían moverse unas respecto de otras o lo harían muy poco, es decir, estaríamos ante un sólido. Si por el contrario la viscosidad fuera cero, estaríamos ante un superfluido que presenta propiedades notables como escapar de los recipientes aunque no estén llenos (véase Helio-II). La viscosidad es característica de todos los fluidos, Imagen 5. Representación del experimento. tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos El movimiento de caída, nos permitirá calcular la velocidad a partir del movimiento rectilíneo uniforme, dato importante ideales. para la formula de la ley de Stokes. 2.2.2 Planteamiento del problema Calcular el coeficiente de viscosidad de los distintos fluidos Vinagre blanco Imagen 6. Dirección que realizara el fluido En la anterior imagen se muestra la dirección que se deberá aplicar en las en el desplazamiento de la canica dentro del fluido seleccionado. 2.2.5 Metodología Se usará un recipiente en el que se vacíe los fluidos para la práctica. Imagen 9. Demostración del vinagre Jabón líquido Se dejará caer la canica desde la superficie hasta el fondo. Agua Imagen 10. Demostración del jabón liquido Imagen 7. Demostración de la agua Aceite 3. RESULTADOS A continuación, se presentaran los datos calculados para cada fluido: Agua (esfera de vidriol) t = 0.35s d = 20 cm= 0.2m r = 1.9/2 = 0.0095m 𝑉= 𝑢= Imagen 8. Demostración del aceite 𝑑 0.2 = = 0.57 𝑚⁄𝑠 𝑡 0.35 2 𝑟 2 𝑔(𝐷𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒 − 𝐷𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜) 𝑥 = 9 𝑉 𝑢= 2 (0.0095)2 (9.81)(2500 − 997) 𝑥 9 0.57 u = coeficiente de viscosidad = 0.5187Pa*s Agua (esfera de metal) t = 0.22s d = 20 cm= 0.2m r = 0.5cm = 0.005m 𝑉= 𝑑 0.20𝑚 = = 0.909 𝑚⁄𝑠 𝑡 0.22𝑠 2 𝑟 2 𝑔(𝐷𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒 − 𝐷𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜) 𝑢= 𝑥 = 9 𝑉 𝑢= 2 (0.005)2 (9.81)(7850 − 997) 𝑥 = 9 0.57 Vinagre blanco (esfera de vidrio) t = 0.55s d = 0.20m r = 0.0095m 𝑑 0.20 𝑉= = = 0.4545 𝑚/𝑠 𝑡 0.55 𝑢= 𝑢= 2 (0.0095)2 (9.81)(2500 − 1000) 𝑥 = 9 0.4545 u = coeficiente de viscosidad = 0.6493 Pa*s Vinagre blanco (esfera de metal) t =0.45s d = 0.20m r = 0.5cm = 0.005m 𝑉= u = coeficiente de viscosidad = 0.6552Pa*s Aceite (esfera de vidrio) t = 0.35s d =0.20m r = 0.0095m 𝑉= 𝑑 0.20 = = 0.5714 𝑚/𝑠 𝑡 0.35 2 𝑟 2 𝑔(𝐷𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒 − 𝐷𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜) 𝑢= 𝑥 = 9 𝑉 𝑢= 𝑢= 𝑢= Jabón líquido (esfera de vidrio) t = 2.85s d = 0.20m r = 0.0095m 𝑉= 𝑢= 𝑢= 𝑑 0.20 = = 0.070 𝑚/𝑠 𝑡 2.85 2 𝑟 2 𝑔(𝐷𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒 − 𝐷𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜) 𝑥 = 9 𝑉 2 (0.0095)2 (9.81)(2500 − 910) 𝑥 = 9 (0.0701) 𝑑 0.20 = = 0.625 𝑚/𝑠 𝑡 0.32 2 𝑟 2 𝑔(𝐷𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒 − 𝐷𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜) 𝑢= 𝑥 = 9 𝑉 𝑢= 2 𝑟 2 𝑔(𝐷𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒 − 𝐷𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜) 𝑥 = 9 𝑉 u = coeficiente de viscosidad = 0.84006 Pa*s u = coeficiente de viscosidad = 0.5336Pa*s 𝑉= 𝑑 0.20 = = 0.4444 𝑡 0.45 2 (0.005)2 (9.81)(7850 − 1000) 𝑥 = 9 0.4444 2 (0.0095)2 (9.81)(2500 − 950) 𝑥 = 9 0.5714 Aceite (esfera de metal) t =0.32s d =0.20m r = 0.5cm = 0.005m 2 𝑟 2 𝑔(𝐷𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒 − 𝐷𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜) 𝑥 = 9 𝑉 2 (0.005)2 (9.81)(7850 − 950) 𝑥 = 9 0.625 u = coeficiente de viscosidad = 0.60168Pa*s u = coeficiente de viscosidad = 4.4625 Pa*s Jabón líquido (esfera de metal) t = 1.63 s d = 0.20m r = 0.005 m 𝑉= 𝑑 0.20 = = 1.2269 𝑚/𝑠 𝑡 1.63 𝑢= 𝑢= 2 𝑟 2 𝑔(𝐷𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒 − 𝐷𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜) 𝑥 = 9 𝑉 2 (0.005)2 (9.81)(7850 − 910) 𝑥 = 9 1.2269 u = coeficiente de viscosidad = 0.30828Pa*s 4. CONCLUSIÓN Al practica 3, realizar un viscosímetro, nos permite ayudar y comprender mejor el comportamiento de los fluidos, así como la interacción entre la canica que se tiene. La Ley de Stoke, cuando un cuerpo se mueve en caída libre en el vacío, el mismo se encuentra sometido sólo a la acción de su peso. Su aceleración es constante (e igual a "g") y su velocidad aumenta proporcionalmente con el tiempo. Además de a su propio peso (P), el cuerpo es sometido a una fuerza denominada empuje(E), de sentido contrario al peso, por el solo hecho de encontrarse sumergido., de sentido contrario al peso, por el solo hecho de encontrarse sumergido. Además, si el cuerpo se mueve aparece una fuerza viscosa (R) que se opone al movimiento del cuerpo. Esperemos que la practica haya sido de su agrado, el video de la demostración de la práctica se le enviara a su chat, con extensión MP4. REFERENCIAS Anonimo. (23 de octubre de 2018). Fórmula de Stokes. Obtenido de Fórmula de Stokes: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/st okes/stokes.html Delid. (2018 de mayo de 8). Ley de Stokes. Obtenido de Ley de Stokes: https://blogceta.zaragoza.unam.mx/tecnof2/20 18/05/08/ley-de-stokes/ fisica, D. d. (2 de marzo de 2018). Viscosidad: Ley de Stokes. Obtenido de Viscosidad: Ley de Stokes: chromeextension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmka j/http://materias.df.uba.ar/f1byga2018v/files/2 018/03/stokes.pdf significados.com. (10 de Agosto de 2019). Significado de Viscosidad. Obtenido de Significado de Viscosidad: https://www.significados.com/viscosidad/
