Viscosidad

VISCOSIDAD

EXPERIENCIA N• 06

FUNDAMENTO TEORICO

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.

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, por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con la palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad. Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente 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, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara.

Ejemplo de la viscosidad de la leche y el agua. Líquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras.

Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que 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 momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna.

Si la viscosidad fuera muy grande, el rozamiento entre capas adyacentes lo sería también, lo que significa que éstas 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, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales.

La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido a una fuerza cortante. Propiedad que se debe fundamentalmente al tipo de interacción entre las moléculas del fluido.

El gasto Q (rapidez de volumen de flujo) de un líquido es el producto de la rapidez del fluido por un volumen de control A,

También se encuentra a partir de la ley de Poiseville,

(1)

Donde, V es el volumen del liquido de viscosidad ɳ escurriéndose a través de un tubo capilar de longitud L y radio R sometido a una diferencia de presiones (P2-P1) en un tiempo t,

Despejando el coeficiente de viscosidad ɳ , de (1) se tiene,

(2)

Considerando dos líquidos de igual volúmenes y temperatura, midiendo los tiempos t1 y t2 que emplean en atravesar una sección transversal del capilar del viscosímetro y recordando que la diferencia de presiones (P2-P1) es proporcional a la densidad  del liquido, se establece que,

Donde ɳ1 y ɳ2 son las viscosidades de los líquidos desconocido y conocido respectivamente:

1, 2 son las densidades y t1, t2 son los tiempos respectivos

Δt1, Δt2 son los errores absolutos de los tiempos correspondientes

II. PROCEDIMIENTO

1. Determine las densidades del agua, alcohol y ron con el picnómetro.

ρ_(agua=) 0.99 g/mL ρ_alcohol=0.83 g/mL ρ_ron=0.88 g/mL

2. Vierta agua destilada en el viscosímetro hasta que llene el bulbo.

3. Insufle aire por la rama ancha hasta que el líquido ascienda por el capilar llenando el bulbo hasta el punto A. Cubra la rama ancha con un dedo; evitara así que el líquido descienda por gravedad.

4. Destape la rama ancha a fin de que el agua corra y con el cronometro tome el tiempo que tarda el liquido en pasar del punto A al punto B , realice este paso 5 veces y anote los valores en la tabla 1.

5. Repita los pasos anteriores para el alcohol y para el ron/mezcla, asegúrese que el viscosímetro se encuentre limpio antes de verter el liquido.

A

B

C

6. Seguidamente realice este mismo procedimiento para cada liquido a la temperatura a 50℃ , para ello caliente agua en un vaso de precipitado de 1 litro hasta que tenga la temperatura de 50℃ ,sumerja el viscosímetro con el liquido y mida el tiempo que demore en pasar el liquido desde el punto A al punto B y regístrelo en la tabla 1.

TABLA 1

Agua Alcohol Ron/Mezcla

T_amb=21℃ T=50℃ T_amb=21℃ T=50℃ T_amb=21℃ T=50℃

t_(agua 1) (s) t_(agua 2) (s) t_(alcohol 1) (s) t_(alchol 2) (s) t_(ron 1) (s) t_(ron 2) (s)

1 50.37 42.59 129.04 71.16 178.22 89.75

2 50.44 42.72 129.18 71.18 179.94 89.00

3 49.18 42.50 129.09 72.16 177.06 89.82

4 50.68 43.03 129.35 71.53 177.53 89.60

5 50.91 43.06 129.19 72.05 178.63 88.96

t 50.32 42.78 129.17 71.62 178.28 89.43

∆t 0.898 0.515 0.167 0.634 1.489 0.558

Para hallar los errores correspondientes hacemos los siguientes cálculos:

t ̅= x ̅=(∑_(i=1)^n▒x_i )/n ∆t ̅= ∆x ̅=√(〖E_i〗^2+〖E_a〗^2 )

Y sabiendo que:

Lectura mínima del cronometro: lm=0.1 s

Entonces el error del instrumento es: E_(i )= 0.05 s

Ahora hallando el error aleatorio:

Error Aleatorio Ea para un número pequeño de mediciones (<100) es:

E_(a )=3σ/√(n-1)

σ: Desviación estándar de la media y se calcula de la siguiente forma:

σ= √(((x ̅-x_(1 ) )^2+(x ̅-x_(1 ) )^2+(x ̅-x_(1 ) )^2+(x ̅-x_(1 ) )^2+⋯+(x ̅-x_(1 ) )^2)/n)

Para el agua:

T=21℃

σ= √(((50.32-50.37)^2+(50.32-50.44)^2+(50.32-49.18)^2+(50.32-50.68)^2+(50.32-50.91)^2)/5)

...