LABORATORIO MECANICA DE FLUIDOS
Enviado por medaly0616 • 19 de Junio de 2017 • Informes • 912 Palabras (4 Páginas) • 222 Visitas
LABORATORIO #1
- INTRODUCCION
Cuando un fluido interactúa con otro medio fluido o sólido aparece un efecto físico importante que es aplicado en diversas actividades ingenieriles.
Este efecto físico se denomina esfuerzo cortante y está ligado a una propiedad del fluido llamado viscosidad.
La viscosidad es una propiedad del fluido que hace que ésta se adhiera a otro medio oponiéndose al movimiento, producto de esta adherencia se origina el arrastre y que a vez produce la pérdida de energía sobre su adherencia, esta pérdida de energía puede ser medida en forma de calor o presión. La viscosidad es medida con un viscosímetro que muestra la fuerza con la cual una capa de fluido al moverse arrastra las capas contiguas. Los fluidos más viscosos se desplazan con mayor lentitud. El calor hace disminuir la viscosidad de un fluido, lo que lo hace desplazarse con más rapidez. Cuanto más viscoso sea el fluido más resistencia opondrá a su deformación.
Los materiales viscosos tienen la característica de ser pegajosos, como los aceites o la miel.
- OBJETIVOS
El objetivo del presente laboratorio es calcular la viscosidad de un fluido; en nuestro caso particular el de la glicerina de forma experimental utilizando el viscosímetro de Stokes.
- BASES TEORICAS
Movimiento Vertical de una Esfera en un Fluido Viscoso[pic 2]
Cuando un cuerpo cae en el seno de un fluido intervienen fuerzas inherentes a él y a las propiedades del fluido.
Estas fuerzas son el peso del cuerpo, el empuje debido al fluido desplazado por el objeto y la fuerza de fricción debido a la viscosidad.
Se realiza el diagrama de cuerpo libre para una esfera que cae libremente en un fluido y se plantea la ecuación de movimiento para el sistema mostrado en el gráfico:
[pic 3]
[pic 4]
[pic 5]
[pic 6]
Donde:
[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]
[pic 17]
Para determinar la densidad de la esfera utilizamos:
[pic 18]
Integrando las ecuaciones se tiene:
[pic 19]
[pic 20]
Como la fuerza de fricción depende de la velocidad, en algún instante esta fuerza equiparará al peso del cuerpo generando que el cuerpo deje de ganar velocidad, en consecuencia el cuerpo seguirá cayendo pero a una velocidad constante o velocidad máxima. Esa velocidad es conocida como velocidad terminal o velocidad límite. (a=0).[pic 21]
Entonces el valor límite se alcanza cuando la aceleración es cero:
a=0 [pic 22]
Reemplazando en la ecuación de movimiento:
[pic 23]
Se tiene:
[pic 24]
[pic 25]
La ecuación de movimiento también se puede expresar:
[pic 26]
Donde:
[pic 27]
[pic 28]
Para poder determinar la viscosidad del fluido en todo momento se debe trabajar a una velocidad de caída constante o velocidad límite o máxima alcanzado por la esfera.
Cálculo del tiempo necesario para alcanzar la velocidad límite
[pic 29]
Podemos considera que v=vl cuando v=99.5% vl.
Entonces la ecuación para determinar el tiempo necesario para alcanzar la velocidad límite queda:
[pic 30]
Cálculo del espacio recorrido para alcanzar la velocidad límite.[pic 31]
- MATERIALES Y EQUIPOS [pic 32]
En el laboratorio nos facilitaron el uso de los siguientes instrumentos necesarios :
- Viscosímetro de Stokes.- para generar la toma de datos de los tiempos mientras se soltaba la esfera metálica.
- Esferas de acero.- objeto para generar las muestras necesarias.
- Imán con cuerda.- para recoger la esfera metálica cuando esta llegue al fondo del viscosímetro.
- Cronometro.- para la toma de datos de los tiempos.
- Vernier.- instrumento utilizado para medir el diámetro de la esfera y del viscosímetro.
- Glicerina.- liquido contenido en el viscosímetro para generar los ensayos de viscosidad.
- Plumón de pizarra.- para marcar las alturas en el viscosímetro.
- Balanza de precisión.- obtener la masa de la esfera metálica.
[pic 33]
[pic 34]
- PROCEDIMIENTOS
- Tomar la medida del diámetro de la esfera
- Pesar la esfera para obtener su masa
- Hallar la densidad teórica de la esfera , para luego obtener su velocidad limite , distancia y tiempo teórico
- Establecer el espacio requerido en el cual la esfera alcanza su velocidad limite
- Realizar las marcar en el viscosímetro con su contenido en glicerina
- Coger la esfera de acero y lanzarlo desde el borde superior evitando que roce las paredes del viscosímetro
- Tomar los tiempos en los intervalos marcados con un cronometro ( 5 veces ) para el llenado de las tablas .
- CALCULOS EFECTUADOS
TABLA N° 1 | |
De (m) | 0.02 m |
Dt (m) | 0.419 m |
me (kg) | 32.5x10-3 kg |
ρe (kg/m3) | 7758.80 kg/m3 |
ρf (kg/m3) | 1260 kg/m3 |
μf (Pa.s) | 1.49 Pa.s |
g (m/s2) | 9.81m/s2 |
TABLA 2 | ||||||
Tiempo (s) | t1(s) | t2(s) | t3(s) | t4(s) | t5(s) | t Prom. (s) |
Intervalos (Cm) | ||||||
[0.60 m - 0.95m] | 0.49 | 0.51 | 0.47 | 0.53 | 0.50 | 0.5000 |
[0.95m - 1.30m] | 0.30 | 0.30 | 0.33 | 0.33 | 0.34 | 0.3200 |
[1.30m - 1.65m] | 0.32 | 0.30 | 0.28 | 0.31 | 0.34 | 0.3100 |
[1.65m - 2.00m] | 0.19 | 0.17 | 0.23 | 0.16 | 0.20 | 0.1900 |
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