Hidraulika

Taller de mecánica de fluidos

María Alejandra Mejía

Diana Vanesa Tirado

Juliana López Arroyave

Olga Lucia Moreno

Solución

Métodos y dispositivos empleados para caracterizar o medir la viscosidad:

Viscosímetro de tambor o rotatorio

Mide la viscosidad dinámica que se da en la siguiente ecuación:

η=T/(Δν/Δy)

El recipiente exterior se mantiene estático mientras que el motor acoplado al medidor hace girar el tambor rotatorio. El espacio Δy entre el tambor rotatorio y el recipiente es pequeño. La parte del fluido que está en contacto con éste es estacionaria, mientras que el fluido en contacto con la superficie del tambor inferior se mueve a una velocidad similar a dicha superficie. Por tanto, en el fluido se establece un gradiente de velocidad conocido Δv/Δy. La viscosidad el fluido ocasiona en él un esfuerzo cortante T que ejerce un torque de arrastre sobre el tambor rotatorio. El medidor detecta el arrastre e indica la viscosidad directamente en la pantalla analógica.

Este probador se usa para fluidos muy variados: pintura, tinta, comida, derivados del petróleo, cosméticos y adhesivos. Opera con baterías y se monta en un mueble o se lleva solo, para instalarlo en la planta. Permite la medición de un rango amplio de viscosidades, desde 2,0 a 4,0x 105 mPa.s o 400 Pa.s.

La velocidad del rotor se relaciona con la viscosidad del aceite de prueba que llena el espacio entre el estator y el rotor, debido al arrastre viscoso que produce el aceite.

Viscosímetro de tubo capilar

Conforme el fluido pasa por el tubo a velocidad constante, el sistema pierde alguna energía, lo que ocasiona una caída de presión que se mide por medio de manómetros. La magnitud de la caída de presión se relaciona con la viscosidad del fluido en la ecuación siguiente:

η =((p_(1 )- p_2 ) D^2)/32vL

Viscosímetros de vidrio capilar estándar calibrados

Se utilizan para medir la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos.

Al preparar la prueba de viscosidad, el tubo del viscosímetro se carga con una cantidad específica de fluido de prueba.

Después de estabilizar la temperatura de prueba, se aplica una succión para hacer pasar el fluido por el bulbo, ligeramente por arriba de la marca superior del tiempo.

Se suspende la succión y se permite que el fluido circule por gravedad. La sección de trabajo de tubo es la capilar por debajo de la marca inferior del tiempo. Se registra el tiempo requerido para que el borde superior del menisco pase de la marca superior del tiempo a la inferior. La viscosidad cinemática se calcula con la multiplicación del tiempo de flujo por la constante de calibración del viscosímetro, la cual suministra el fabricante de éste. La unidad de viscosidad empleada para estas pruebas es el centistoke (cSt), equivalente a mm2/s.

Viscosímetro de bola que cae

En éste viscosímetro usa el principio en el cual un cuerpo cae en un fluido solamente bajo la influencia de la gravedad, acelera hasta que la fuerza hacia abajo (su peso) quede equilibrada con la fuerza de rotación y la de arrastre viscoso que actúan hacia arriba, todo esto para ocasionar que una bola esférica tenga una caída libre a través del fluido, y se mida el tiempo que requiere para recorrer una distancia conocida, calculan así la velocidad. Este viscosímetro utiliza la siguiente fórmula:

η=((γ_s- γ_f ) D^2)/18ν

Algunos viscosímetros de bola que cae emplean un tubo que tiene una inclinación ligera respecto a la vertical, por lo que el movimiento es una combinación de rodar y deslizarse.

Viscosímetro de Saybolt universal

Este viscosímetro se basa en la facilidad con que un fluido pasa por un orificio de diámetro pequeño. Después de que se establece el flujo se mide el tiempo que se requiere para reunir 60 ml del fluido. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad del fluido en segundos universal (SUS). Los resultados son relativos debido a que la medida no se basa en la definición fundamental de la viscosidad.

La ventaja de este procedimiento es su sencillez, además de que no requiere equipo complejo, relativamente.

2.61M

Viscosímetro de bola

Bola de 1,6mm de diámetro

s.g 0,94aceite

bola peso especifico 77KN/m3

cae a 250mm en 10.4s

calcular la viscosidad del aceite?

η=((γ_s- γ_f ) D^2)/18ν

1,6mmx1m/1000mm=1,6x10-3m D=1,6x10-3 ν = 250mm/(10,4 s) x 1m/1000mm=0,024 m⁄s

γ f =? S.g=γsust/(γH_2 O 4ºC) γ sust = s.g x γH_2 O 4ºC

γ sust= 0,94 x 9,81 KN/m^3 = 9,22 KN⁄m^3

η= ((77 KN⁄m^(3 ) -9,22 KN⁄m^(3 ) ) (1,6x〖10〗^(-3) m)^2)/18(0,024 m⁄s) = 4,02x10-4KN.s = 0,402N.s 0,402 Pa.s

2.62M viscosímetro de tubo capilar

η=((P_1-P_2 ) D^2)/32νL

s.g=0.90

D=2.5mm

L=300mm

h=177mm ν=1.58m/s

fluido mercurio Hg ηaceite=?

ΔP= γ sust X h

γ sust=s.gx γH_2 O 4ºC=0.90x9.81KN/m3=8.82KN/m3

h=177mmx1m/100mm=0.177m

ΔP=8.82KN/m3x0.177m=1.56KN/m2 D=2.5mmx1m/1000mm=2.5x10-3m

L=300mmx1m/1000mm=0.3m

η=((1.56KN/m^2 ) (6.25x〖10〗^(-3) m)^2)/32(1.58m/s)(0.3m) =6.43x10-7KN.S=6.43X10-4N.s 6.43x10-4Pa.s

2.63E viscosímetro de bola que cae

η=((γ_s- γ_f ) D^2)/18ν

D=0.063 pulg

s.g= 0.94 (aceite)

γ_s= o.283 lb⁄〖pulg〗^3 0.283lb⁄〖pulg〗^3 x (1728 lb⁄〖pie〗^3 )/(1 lb⁄〖pulg〗^3 )= 489.024 lb⁄〖pie〗^3

La esfera recorre 10 pulg en 10.4 s

η=? (lb.s)/pie

D=0.063pulg x (1 pie)/(12 pulg) = 5.25 x10-3 pie

ν = 10 pulg x 1pie/(12 pulg) = 0.83 pie ν = (0.83 pie)/(10.4 s) = 0.08 pie/s

γf = s.g. x γH_2 O 4ºC

γf= 0.94 x 62.4 lb/pie3

γf= 58.66 lb/pie3

η=(489.024 lb⁄〖pie〗^3 - 58.66 lb⁄〖pie〗^3 )(2.76x〖10〗^(-5) 〖 pie〗^2 )/18(0.08 pie⁄s)

η= 8.25 x 10-3 lb . s/pie

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