PRÁCTICA No. 1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS (VISCOSIDAD, FLUJOS NO NEWTONIANOS)

Universidad Rafael Landívar

Facultad de Ingeniería

Ingeniería Civil

Laboratorio de Mecánica de Fluidos

Ing. José Carlos López Arenales

Sección 2

PRÁCTICA No. 1

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

(VISCOSIDAD, FLUJOS NO NEWTONIANOS)

José Daniel Soto Urízar

 Carnet: 1170216

Guatemala, 29 de enero del 2,018

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………….                3
2. OBJETIVOS…………………………………………………………..                4
3. MARCO TEÓRICO…………………………………………………...        5

1. FLUIDOS………………………………………………………….        5
2. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS……………………………..        5

1. DENSIDAD……………………………………………        5
2. PESO ESPECÍFICO……………………………………        5
3. TENSIÓN SUPERFICIAL…………………………….        5
4. CAPILARIDAD……………………………………….        5
5. VISCOSIDAD…………………………………………        6

1. Viscosidad dinámica…………………………...        6
2. Viscosidad cinemática…………………………        6
3. Fluidos newtonianos y no newtonianos……….                6
4. Viscosímetro de bola descendente……………..        7

1. APLICACIÓN REAL………………………………………………….        8
2. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO UTILIZADO…………………………        9
3. PROCEDIMIENTO……………………………………………………        10
4. DIAGRAMA DE FLUJO………………………………………………        11
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………………..        14
6. CONCLUSIONES………………………………………………………        17
7. LECCIONES APRENDIDAS…………………………………………..        18
8. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………..        19
9. ANEXOS………………………………………………………………..        20

1. INTRODUCCIÓN

El día lunes 22 de enero del año 2,018 se realizó la primera práctica del Laboratorio de Mecánica de Fluidos titulada “Propiedades de los fluidos”, cuyo objetivo general fue determinar, como lo dice su nombre, las propiedades de los fluidos. Entre los objetivos específicos planteados están: determinar las diferencias entre fluidos newtonianos y no newtonianos, el valor de la tensión superficial del agua y los valores de las viscosidades de distintos fluidos.

Parte del estudio de la mecánica de los fluidos se concentra en las propiedades de los mismos, así como su comportamiento cuando se les somete a ciertas condiciones. Para ello, se realizaron tres experimentos para estudiar cuantitativamente y cualitativamente las propiedades de tensión superficial y viscosidad, así como los diferentes tipos de fluidos. El primer experimento consistió en observar el comportamiento de una lámina de metal al dejarla caer sobre un recipiente con agua y al colocarla cuidadosamente sobre su superficie. También se calculó el valor de la tensión superficial del agua. El segundo experimento consistió en analizar la viscosidad del agua y de la maicena cuando se introduce la mano lento y rápido en ambos fluidos. Por último, en el tercer experimento se utilizó el viscosímetro de bola descendente que consiste en dejar caer una esfera en una probeta con un determinado fluido y se mide el tiempo en que la esfera tarda en recorrer determinada distancia para hallar su velocidad y posteriormente la viscosidad del fluido.

Después de analizar los resultados obtenidos de los experimentos se concluyó que la fécula de maíz es un fluido no newtoniano dilatante y el agua es un fluido newtoniano. También se determinó que la tensión superficial provoca que la lámina de metal flote sobre la superficie del agua. Por último, se determinó que el fluido que presentó mayor viscosidad fue la miel y el que presentó menor viscosidad fue el agua.

1. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

1.  Determinar cualitativamente y cuantitativamente las propiedades de los fluidos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1.  Determinar la diferencia entre fluidos newtonianos y fluidos no newtonianos.
2.  Determinar la viscosidad de diferentes fluidos utilizando el viscosímetro de bola descendente.
3.  Determinar el valor de la tensión superficial del agua

1. MARCO TEÓRICO

1. FLUIDOS

Un fluido es una sustancia que es capaz de “fluir” y puede adaptarse a la forma de los recipientes en los que están contenidos. Cuando los fluidos se encuentran en equilibrio, no son capaces de soportar las fuerzas cortantes que actúan sobre ellos. Entre las características de los fluidos se encuentran la compresibilidad y la débil resistencia antes los cambios de forma. Entre los fluidos se pueden dividir dos tipos: líquidos y gases. Las principales diferencias entre líquidos y gases son: (i) la compresibilidad de los líquidos es muy pequeña, mientras que muchos gases son altamente compresibles y (ii) los líquidos tienden a ocupar un volumen definido teniendo superficies libres, mientras que los gases se expanden hasta ocupar cada espacio del contenedor en que se encuentren. (Giles, 1994)

1. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

1. DENSIDAD: Existen dos tipos de densidad: la densidad absoluta que es la magnitud que expresa la relación de la masa y el volumen de una sustancia y la densidad relativa que es la relación de la densidad de una sustancia respecto de la densidad de otra sustancia. A ésta última también se le llama gravedad específica. En algunos fluidos, la densidad puede cambiar con más facilidad que la de otros. Un ejemplo claro de esto es el agua y el aire. Se necesita una presión muy grande para generar un pequeño cambio en la densidad del agua, mientras que en el aire no se necesita tanta presión para cambiar s densidad. (Crowe, 2007)
2. PESO ESPECÍFICO: El peso específico de una sustancia es la fuerza gravitacional por unidad de volumen.
3. TENSIÓN SUPERFICIAL: En el interior de un líquido, una molécula se somete a fuerzas atractivas en todas las direcciones (la fuerza resultantes es nula). Sin embargo, cuando las moléculas se encuentran en la superficie del líquido, éstas no sufren la acción de fuerzas que actúen de arriba de la superficie al interior del líquido y no se considera el efecto de las moléculas del aire porque es pequeño. Por lo tanto, las moléculas que se encuentran en la superficie experimentan fuerzas debido a las moléculas vecinas que se encuentran justo debajo de la superficie. Este empuje o impulso que las moléculas de la superficie realizan hacia abajo provocan que haya compresión en el líquido y le da la resistencia a ser estirado. El efecto de la tensión superficial provoca que el área de la superficie de los líquidos sea lo más pequeña posible. Un volumen de líquido tiende a adoptar la forma que tiene el área superficial menor. La tensión superficial también se puede manifestar por el exceso de presión que se crea dentro burbujas o pequeñas gotas, la unión de material granulado húmedo y la transformación de un chorro de líquido en pequeñas gotas. (Mott, 2016)
4. CAPILARIDAD: Propiedad que es dependiente de la tensión superficial del fluido, que a su vez, depende de sus fuerzas intermoleculares y le permite la elevación o descenso en un tubo capilar. Los líquidos tienden a subir en tubos que mojan y a bajar en tubos a los que no mojan.
5. VISCOSIDAD: La viscosidad es la propiedad que determina una medida de resistencia a un esfuerzo cortante o deformación angular. La ley de viscosidad de Newton postula que cuando existe una rapidez de deformación angular en el fluido, el esfuerzo cortante se relaciona directamente con la viscosidad. La viscosidad se debe principalmente a las fuerzas de fricción que ocurren en el flujo de los fluidos que resultan de las interacciones entre las moléculas del fluido. La viscosidad de los fluidos depende de la temperatura, cuando la temperatura se incrementa, la viscosidad de los líquidos disminuye mientras que en los gases la viscosidad aumenta. Estos cambios por la temperatura se deben a que la fuerza de cohesión predomina en los líquidos. En los gases, predomina el intercambio de moléculas entre capas que se mueven a diferentes velocidades. Cuando una molécula que se mueve rápido pasa a una capa donde el movimiento es más lento, provoca que su velocidad aumente y de igual manera ocurre cuando una molécula de una capa que se mueve lento pasa a una de mayor velocidad que provoca que disminuya su velocidad. Estos intercambios entre capas causan un esfuerzo cortante entre capas adyacentes. (Streeter, 1988)

1. Viscosidad dinámica (μ):

Durante el movimiento de un fluido, en su interior se efectúa un esfuerzo cortante cuyo valor depende de la viscosidad del fluido. El esfuerzo cortante es la fuerza requerida para que un área dada de una sustancia pueda deslizarse sobre otra. En algunos fluidos como el agua y el alcohol, el esfuerzo cortante es directamente proporcional al cambio de velocidad entre las posiciones que va tomando el fluido. A la viscosidad dinámica de un fluido también se le conoce como viscosidad absoluta.

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