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Laboratorio Viscosímetro, Guías, Proyectos, Investigaciones de Dinámica de Fluídos

Universidad del AltiplanoDinámica de Fluídos

Laboratorio Mecánica de Fluídos_

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2020/2021

Subido el 11/10/2021

Darez03
Darez03 🇵🇪

4.7

(3)

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO
TORIBIO DE MOGROVEJO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA
CIVIL AMBIENTAL
“LABORATORIO VIRTUAL
“VISCOSÍMETRO DE STOKES”
ASIGNATURA
MECÁNICA DE FLUIDOS
AUTORES
DOCENTE
ZELADA ZAMORA WILMER MOISES
CHICLAYO, PERÚ
• Aniceto Gallego Brayan.
• Llempén Delgado Agustín.
• López Mino Fabricio.
• Picón Sánchez Cristhian
• Quiroz Arrascue Dáriel.
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¡Descarga Laboratorio Viscosímetro y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Dinámica de Fluídos solo en Docsity!

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO

TORIBIO DE MOGROVEJO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA

CIVIL AMBIENTAL

“LABORATORIO VIRTUAL

“VISCOSÍMETRO DE STOKES”

ASIGNATURA

MECÁNICA DE FLUIDOS

AUTORES

DOCENTE

ZELADA ZAMORA WILMER MOISES

CHICLAYO, PERÚ

  • Aniceto Gallego Brayan.
  • Llempén Delgado Agustín.
  • López Mino Fabricio.
  • Picón Sánchez Cristhian
  • Quiroz Arrascue Dáriel.

CONTENIDO

  • I. INTRODUCCIÓN
  • II. OBJETIVOS
  • III. MARCO TEÓRICO
    • III.I NÚMERO DE REYNOLDS
    • III.II FUERZA DE ARRASTRE
    • III.III LEY DE STOKES
  • IV. EVALUACIÓN DE RESULTADOS
  • V. CONCLUSIONES
  • VI. REFERENCIAS BIBLOGRÁFICAS

I. INTRODUCCIÓN La Viscosidad es un parámetro de los fluidos que tiene importancia en sus diversas aplicaciones industriales, particularmente en el desempeño de los lubricantes usados en máquinas y mecanismos. La viscosidad de las sustancias puras varia de forma importante con la temperatura y en menor grado con la presión. La facilidad con que un líquido se escurre es una pauta de su viscosidad. Se define la viscosidad como la propiedad que tienen los fluidos de ofrecer resistencia al movimiento relativo de sus moléculas. También se suele definir la viscosidad como una propiedad de los fluidos que causa fricción, esto da origen a la perdida de energía en el flujo fluido. La importancia de la fricción en las situaciones físicas depende del tipo de fluido y de la configuración física o patrón. Si la fricción es despreciable, se considera el flujo como ideal. Viscosidad: Una propiedad física muy importante que caracteriza la resistencia para ciertos líquidos, la viscosidad es constante y solo depende de la temperatura y presión. Este grupo se denominan líquidos Newtonianos. Los aceites lubricantes utilizados en máquinas y motores en todo el mundo utilizan compuestos que fueron desarrollados para variar su viscosidad según la temperatura y optimizar el funcionamiento de estos equipos. En la industria farmacéutica, hay varios procesos productivos que utilizan la viscosidad como parámetro para determinar el grado de pureza de algunos insumos y el control de calidad del producto. En la industria cosmética, se puede dar otro claro ejemplo, donde la viscosidad se establece previamente para que la fijación y aplicación de los productos agraden a los clientes. También es posible explorar cómo se produce el flujo alrededor de cuerpos sumergidos, con diversas aplicaciones en áreas como: Aerodinámica, Hidrodinámica e Ingeniería Eólica.

II. OBJETIVOS

  • Objetivo Principal

✓ Analizar si la ley de Stokes se puede utilizar para poder estimar la

viscosidad del fluido.

  • Objetivos Específicos

✓ Encontrar la viscosidad dinámica y la viscosidad cinemática de

diferentes fluidos.

✓ Determinar la velocidad terminal de las esferas en caída libre en los

fluidos.

✓ Identificar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en caída libre

sumergido en un fluido.

  • 𝐹𝑑 es la fuerza de arrastre sobre la esfera (Kg.m/𝑠^2 ).
  • 𝜇 es la viscosidad dinámica (Kg.m/s).
  • V es la velocidad de escurrimiento (m/s).
  • Radio de la esfera (m). El matemático y físico irlandés, George Gabriel Stokes, solucionó las ecuaciones de Navier-Stokes para este caso específico, donde una esfera que está a velocidad terminal y tiene un número de Reynolds muy bajo (𝑅𝑒 ≤ 1), y encontró analíticamente que la fuerza de arrastre viene dada por la ecuación 5. Esta ecuación también se conoce como Ley de Stokes. IV. EVALUACIÓN DE RESULTADOS

1. Calcular el error porcentual relativo para cada viscosidad cinemática encontrada y complete la columna correspondiente en la tabla 4. Fluido: Agua Diámetro de la esfera Velocidad promedia (m/s) Velocidad corregida (m/s) Viscosidad dinámica (kg/m.s) Viscosidad cinemática (m^2 /s) Error relativo de porcentaje (%) 10 mm 1.304 1.8735 0.1275 0.0000186 1788.173% 8 mm 1.111^ 1.4747^ 0.0911^ 0.0000133^ 1249.287% 6 mm 1.084 1.3801 0.0676 0.0000099 901.290% 5 mm 1.452 2.2434 0.1664 0.0000243 2363.840% Tabla 4- Datos para análisis del agua PROCEDIMIENTO: AGUA Velocidad promedia: 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 = 𝑥 1 −𝑥 0 𝑡 1 −𝑡 0 𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 10 𝑚𝑚: 𝑣𝑝𝑟𝑜𝑚 =

Velocidad corregida: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (𝑟⁄^ 𝑅 )] × 𝑉 𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 10 𝑚𝑚: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (

)] × 1. 304 = 1. 8735 /𝑠

𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 8 𝑚𝑚: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (

)] × 1. 111 = 1. 4747 𝑚/𝑠

𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 6 𝑚𝑚: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (

)] × 1. 084 = 1. 3801 𝑚/𝑠

𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 5 𝑚𝑚: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (

)] × 1. 452 = 2. 2434 𝑚/𝑠

Viscosidad dinámica: 𝜇 =

2 𝑟^2 𝑔(𝜌𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 − 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜)

9 [ 1 + 2. 4 × (𝑟⁄^ 𝑅 )]𝑉

2 ( 0. 005 )^2 ( 9. 81 )( 7850 − 1000 )

9 [ 1 + 2. 4 × (^0.^005 ⁄ 0. 022 )] ( 1. 8735 )

2 ( 0. 004 )^2 ( 9. 81 )( 7850 − 1000 )

9 [ 1 + 2. 4 × (^0.^004 ⁄^0. 022 )]( 1. 4747 )

2 ( 0. 003 )^2 ( 9. 81 )( 7850 − 1000 )

9 [ 1 + 2. 4 × (^0.^003 ⁄^0. 022 )]( 1. 3801 )

2 ( 0. 0025 )^2 ( 9. 81 )( 7850 − 1000 )

9 [ 1 + 2. 4 × (^0.^0025 ⁄^0. 022 )] ( 2. 2434 )

Viscosidad cinética: 𝑣 = 𝜇 𝜌 𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 10 𝑚𝑚: 𝑣 =

= 1. 86 × 10 −^5 𝑚^2 /𝑠

= 1. 33 × 10 −^5 𝑚^2 /𝑠

= 9. 9 × 10 −^6 𝑚^2 /𝑠

= 2. 4 × 10 −^5 𝑚^2 /𝑠

Velocidad corregida: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (𝑟⁄^ 𝑅 )] × 𝑉 𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 10 𝑚𝑚: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (

)] × 1. 03 = 1. 59 𝑚/𝑠

𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 8 𝑚𝑚: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (

)] × 0. 87 = 1. 25 𝑚/𝑠

𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 6 𝑚𝑚: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (

)] × 0. 67 = 0. 89 𝑚/𝑠

𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 5 𝑚𝑚: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑟 = [ 1 + 2. 4 × (

)] × 0. 55 = 0. 70 𝑚/𝑠

Viscosidad dinámica: 𝜇 =

2 𝑟^2 𝑔(𝜌𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 − 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜)

9 [ 1 + 2. 4 × (𝑟⁄^ 𝑅 )]𝑉

2 ( 0. 005 )^2 ( 9. 81 )( 7850 − 852 )

9 [ 1 + 2. 4 × (^0.^005 ⁄^0. 022 )] ( 1. 03 )

2 ( 0. 004 )^2 ( 9. 81 )( 7850 − 852 )

9 [ 1 + 2. 4 × (^0.^004 ⁄^0. 022 )]( 0. 87 )

2 ( 0. 003 )^2 ( 9. 81 )( 7850 − 852 )

9 [ 1 + 2. 4 × (^0.^003 ⁄^0. 022 )]( 0. 67 )

2 ( 0. 0025 )^2 ( 9. 81 )( 7850 − 852 )

9 [ 1 + 2. 4 × (^0.^0025 ⁄ 0. 022 )] ( 0. 55 )

Viscosidad cinética: 𝑣 = 𝜇 𝜌 𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 10 𝑚𝑚: 𝑣 =

= 2. 817 × 10 −^4 𝑚^2 /𝑠

= 2. 289 × 10 −^4 𝑚^2 /𝑠

= 1. 808 × 10 −^4 𝑚^2 /𝑠

= 1. 596 × 10 −^4 𝑚^2 /𝑠

Error relativo porcentual: 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 % = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙−𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙

× 100%

2. 817 × 10 −^4 − 5. 05 × 10 −^5

5. 05 × 10 −^5

× 100 = 457. 82 %

2. 289 × 10 −^4 − 5. 05 × 10 −^5

− 5. 05 × 10 −^5

× 100 = 353. 27 %

1. 808 × 10 −^4 − 5. 05 × 10 −^5

− 5. 05 × 10 −^5

× 100 = 258. 02 %

1. 596 × 10 −^4 − 5. 05 × 10 −^5

− 5. 05 × 10 −^5

× 100 = 216. 04 %

3. Repita el procedimiento para el paso de determinación de viscosidad para completar la tabla 6. Fluido: Glicerina Diámetro de la esfera Velocidad promedia (m/s) Velocidad corregida (m/s) Viscosidad dinámica (kg/m.s) Viscosidad cinemática (m^2 /s) Error relativo de porcentaje (%) 10 mm 0. 296 0. 4580 0. 7853 6. 282 × 10 −^4 4. 9554 8 mm (^) 0. 195 0. 2796 0. 8233 6. 587 × 10 −^4

6 mm 0. 119 0. 1579 0. 8198 6. 559 × 10 −^4 0. 7702 5 mm 0. 086 0. 1101 0. 8167 6. 534 × 10 −^4 1. 1529 Tabla 6- Datos para el análisis de Glicerina PROCEDIMIENTO: GLICERINA Velocidad promedia: 𝑉𝑝𝑟𝑜𝑚 = 𝑥 1 −𝑥 0 𝑡 1 −𝑡 0 𝐸𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 10 𝑚𝑚: 𝑣𝑝𝑟𝑜𝑚 =

Error relativo porcentual: 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 % = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙−𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙

× 100%

6. 282 × 10 −^4 − 6. 61 × 10 −^4

6. 61 × 10 −^4

× 100 = 4. 9554 %

6. 282 × 10 −^4 − 6. 61 × 10 −^4

6. 61 × 10 −^4

× 100 = 0. 3546 %

6. 282 × 10 −^4 − 6. 61 × 10 −^4

6. 61 × 10 −^4

× 100 = 0. 7702 %

6. 282 × 10 −^4 − 6. 61 × 10 −^4

6. 61 × 10 −^4

× 100 = 1. 1529 %

V. CONCLUSIONES ❖ En el presente trabajo se determinó valores relativamente altos en cuanta al error porcentual de la viscosidad cinemática de las distintas muestras haciendo uso de los tres tipos fluidos. ❖ Se llegó a la conclusión de que la viscosidad cumple un rol fundamental en los fluidos y que esta varía dependiendo del fluido. ❖ Las esferas en el agua tenían una caída más rápida, mientras que en la glicerina posee una caída más lenta debido a la densidad que poseen dichos fluidos. VI. REFERENCIAS BIBLOGRÁFICAS ❖ Algetec (2019). Laboratorio de Mecánica de fluidos Viscosímetro de Stokes. SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO.