Viscosidad-metodo De La Esfera Ascendente

INTRODUCCION

Si se coloca una gota de un cierto fluido en un plano inclinado, puede ser que llegue abajo en unos cuantos segundos, como también 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 aquí nace el concepto de viscosidad.

En esta experiencia se plantea el objetivo de determinar la viscosidad en dos fluidos a diferentes temperaturas usando tres bolitas diferentes mediante la fórmula de Stokes.

Básicamente la fórmula de Stokes consiste en analizar la caída de una bola, en un tiempo dado sobre el fluido a estudiar y mediante un cuidadoso análisis físico-mecánico, se puede constatar el valor de la viscosidad.

Para la realización del experimento, es indispensable conocer el tiempo de caída de la bola, para ello se tomó el tiempo con un cronómetro, esto podría 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 reacción al accionar el cronómetro cuando la bola alcanza la marca inferior.

Una vez obtenidos los primeros datos, se toman los promedios de las velocidades límites y se grafican de acuerdo a su viscosidad, densidad del fluido y diámetro de bola. Al hacer estos gráficos, se puede demostrar con mayor claridad y precisión lo que está ocurriendo y a la vez comparar el comportamiento de los fluidos en estudio

Este informe está orientado primordialmente a los alumnos o profesores que deseen ampliar el estudio de la viscosidad de los fluidos más comunes en el ámbito mecánico, industrial, minero, etc.

OBJETIVOS

Determinar la viscosidad en las tres temperaturas dadas.

Determinar las viscosidades empleando la formula de Stokes.

MARCO TEORICO

VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS-METODO DE LA ESFERA DESCENDENTE

Viscosidad dinámica o simplemente viscosidad (μ) es concretamente, la resistencia que experimenta una capa (o lamina) de liquido para arrastrar tras de sí a otra capa.

Cuando se hace un tratamiento teórico de los líquidos en movimiento de flujo laminar (es decir, en ausencia de remolinos y turbulencias en general), se considera que los líquidos tienen una propiedad llamada “fricción interna”, que se opone al movimiento de estas capas paralelas de liquido. Se pone en evidencia que a mayor viscosidad habrá mayor resistencia al flujo.

Se llama liquido Newtoniano a aquel en que el flujo laminar, la μ es una constante independiente de al gradiente de velocidad de liquido. Existen diferentes tipos de líquidos Newtonianos.

La viscosidad depende de la temperatura, la presión y la composición del líquido; la viscosidad decrece considerablemente con el incremento de temperatura y cumple con la aproximación la ecuación de Andrade:

μ=A.e^(E⁄RT)

ln⁡μ=B+ E⁄RT

“E” es la constante de Andrade para la sustancia en cuestión y A es una constante especifica. La curva (T-1, ln μ) debe ser una recta pendiente positiva.

La viscosidad de un líquido se incrementa con el aumento de la presión pero el efecto es solo sensible para grandes variaciones de presión.

Las unidades CGS más conocidas son:

Para la viscosidad (μ) son:

Poise (po) = ba.seg. = dy*/cm2seg. = 100 centipoise (cp)

Para la viscosidad cinética (v) definida por v = μ/w; donde w es la masa específica tenemos:

Stokes (st) = cm2/seg. = 100 centistokes (cs)

Para la fluidez (p) definida por p = 1/μ y la unidad más conocida es: rhe =po-1

Para la viscosidad específica (μe), definida por la relación adimensional de la viscosidad de la sustancia en cuestión en cp, con la del agua a 20oC que es 1.005 cp.

Existen 2 leyes fundamentales que nos permitan medir la viscosidad de los líquidos; la ley de Stokes y la ley de Hagen Poiseville.

METODO DE LA ESFERA DESCENDENTE

Si se hace que un cuerpo esférico se mueva a una velocidad (v) suficientemente baja a través de un fluido (líquido o gas), surge un flujo laminar. Para el caso de un líquido newtoniano, incomprensible de peso específico (p’), con una viscosidad (μ), en el que desciende una esfera de radio (r) y peso específico (p) a una velocidad (v), Stokes, a partir de consideraciones teóricas, obtuvo la siguiente expresión:

μ=(2 r^2 (ρ-ρ^'))/9u

El viscosímetro de esfera descendente consiste en un tubo cilíndrico, lleno con el fluido de viscosidad desconocida. El método consiste en determinar el tiempo necesario para que una esfera de peso específico conocido recorra una distancia fija “h” espaciada regularmente. El diámetro de la esfera debe ser mucho menor que el del tubo, para evitar el “efecto de retención” por la parte de las capas de liquido de contacto con las paredes las cuales son estacionarias.

La velocidad de la esfera en el líquido que se considera, es la velocidad constante de descenso en que la fuerza de rechazo ejercida por el fluido cancela exactamente la fuerza gravitacional. Por ello es conveniente de que para realizar las mediciones, la esferita debe iniciar su descenso desde la altura del nivel del líquido y así evitar velocidades iniciales diferentes y conseguir cuanto antes la velocidad uniforme.

Este método es apropiado para viscosidades entre 10 a 10.000 po.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

MATERIALES

Balanza analítica

Probeta graduada

Bolitas (3)

Vasos de precipitado

Termómetro

Bagueta

Cocinilla

REACTIVOS

Hidróxido de sodio (NaOH)

Agua destilada

Agua potable

EXPERIMENTACION

Llene en la probeta el agua potable para hallar su viscosidad en 3 temperaturas (26, 40 y 50oC). Asegúrese de que no queden burbujas en el seno del liquido y tome su temperatura. Verifique que la probeta este colocado verticalmente.

Lavar las bolitas con agua y finalmente con benceno para eliminar toda grasa que pueda contener. Séquela con papel filtro. En adelante, conviene manipularlas solo con pinza (no use los dedos).

Mida el diámetro de cada una de las bolitas y determine el peso de cada una de ellas con la balanza analítica. Con estos datos puede determinar el peso específico de cada esfera. Cuide de la confusión si las esferas son aproximadamente iguales.

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