La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido

VISCOSIDAD

Carolina Hernandez, Andres Bolaños.
Universidad Del Cauca, dayanih@gmail.com

Resumen— En este informe, se busca analizar la viscosidad de dos líquidos por método de Stokes, para lo cual se tendrá en cuenta dos líquidos problema, y esferas metálicas que se introducirán dentro de cada líquido problema, a partir de esto se analizara cada liquido con respecto a la densidad  y  viscosidad bibliográfica.

Palabras clave— viscosidad, líquido problema, densidad.

1. Objetivos

1. Determinar experimentalmente el coeficiente de viscosidad de dos líquidos utilizando la ley de Stokes.

1. Comparar los valores obtenidos experimentalmente, con los valores comerciales.

1. Marco teórico

La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido a ser deformado por un esfuerzo de cizallamiento. Es normalmente conocido como comportamiento de fluidez o resistencia a la caída. La viscosidad se describe como la resistencia interna de un fluido a circular o fluir y sin embargo debe ser una medida del rozamiento o fricción del fluido.[pic 1]

Imagen 1. Miel demostrando viscosidad.

Cuando se observa el movimiento de fluidos se distinguen dos tipos básicos de movimiento. El primero es el flujo laminar aquel movimiento regular en el que las partículas del fluido parecen deslizar unas sobre otras en capas o láminas.

Imagen 2. Flujo laminar.

El segundo llamado flujo turbulento es un movimiento caracterizado por la aleatoriedad del movimiento de las partículas observándose remolinos de varios tamaños.

[pic 2]

Imagen 3. Flujo turbulento.

Para determinar la viscosidad consideremos el flujo laminar de un fluido real que está confinado a moverse entre dos placas de extensión infinita, es decir, en los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad.

Imagen 4. Demostración viscosidad.

[pic 3]

• Método de Stokes.

Se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes tras resolver un caso particular de las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas.

La viscosidad de un fluido se representa por la letra griega η y se expresa en Pa.s. En el SI la viscosidad se expresa en N.s/m2 y en el sistema c.g.s. absoluto la unidad es el gr/cm.s unidad llamada como poise.

Según la Ley de Stokes, la fuerza resistente que experimenta una esfera lisa de radio r moviéndose a velocidad constante v en un líquido con viscosidad η, está dada por:

[pic 4]

(1)

En su movimiento, la esfera experimenta la acción de dos fuerzas verticales: su peso y el empuje (ver imagen 5), con razón a lo anterior, la fuerza resistente (sin considerar la influencia de las paredes del tubo) sobre la esfera va adquirir una velocidad constante:

[pic 5]

(2)

Donde m es la masa de la esfera, g es la aceleración gravitacional, 𝝆 la densidad del líquido problema y V el volumen de la esfera.

[pic 6]

Imagen 5. Demostración ley de Stokes.

De lo cual se deriva que el coeficiente de viscosidad η es:

[pic 7]

(3)

Si se tiene en consideración la influencia de las paredes del tubo de radio R sobre la fuerza de resistencia se tiene:

[pic 8]

(4)

De acuerdo con la anterior ecuación se obtiene:

[pic 9]

(5)

1. Materiales y procedimiento

Los siguientes fueron los materiales utilizados en la práctica de laboratorio:

• Dos tubos de vidrio con tapón perforado
• Soporte metálico
• Balanza analítica
• Densímetro
• 10 balines
• Pie de rey
• Cronometro
• Flexometro
• Bayetilla
• Imán  

A continuación se describe el procedimiento experimental realizado:

1. Mida el diámetro interno del primer tubo con el calibrador. Haga marcas claras de inicio (h1) y fin (h2) del recorrido de los balines en los tubos que contienen los líquidos problema (ver figura 4.3). Mida la distancia entre dichas marcas. Así como la temperatura de cada líquido. Tabule.

1. Instale la balanza a nivel utilizando para ello el nivel de burbuja ubicado en la parte posterior; enciéndala y una vez auto calibrado tárela. Asegúrese de que los diez balines a utilizar tengan dimensiones similares; determine su masa, radio y volumen.
2. En la parte superior de los tubos encontrará un agujero por el cual podrá insertar los balines: mida el tiempo usando el cronómetro que le toma a cada balín recorrer la distancia entre las marcas que usted determinó en el tubo (uno cada vez). Utilice el imán para extraer los balines del fondo del tubo. Tabule.
3. Extraiga un poco de líquido de cada tubo y utilice los densímetros para determinar su densidad. En cualquier caso, tenga en consideración que si precisa devolver el líquido al tubo deberá hacerlo inclinando los mismos con el objetivo de no formar burbujas que entorpezcan las mediciones. Tabule.
4. Repita los pasos desde (a) hasta (d), con el otro tuvo que contiene el segundo líquido problema y tabule.

[pic 10]

1. Resultados

En la siguiente tabla se exponen los resultados obtenidos de las mediciones echas con glicerina.

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