Densidad y viscosidad (ley de stokes)

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TERMINO 2012-21
LABORATORIO DE MECANICA DE LOS FLUIDOS

PRACTICA 1 y 2: DENSIDAD Y VISCOSIDAD (LEY DE STOKES)
Autor:
Zaghab, Fager.
Rendón Jennifer

1. INTRODUCCIÓN
La densidad es una medida utilizada por la física y la química para determinar la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, mientras que la viscosidad es la propiedad más importante de los fluidos, puesto quees la resistencia que ejercen los mismos cuando se les aplica un esfuerzo cortante.
Al inicio de la práctica se realizará el estudio de la densidad y viscosidad mediante la Ley de Stokes, que se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Posteriormente se realizará el mismoestudio de densidad y viscosidad, pero esta vez con un Viscosímetro Rotativo (LV2000), que mide la viscosidad mediante la rotación de un disco o cilindro inmerso en el líquido de prueba, el cual gira a una velocidad angular conocida.
Para lograr los objetivos finales de la práctica se realizarán comparaciones entre ambos métodos de medición de viscosidades, logrando verificar la diferencia entre lasdos experiencias.

2. OBJETIVOS
1) Determinar experimentalmente la viscosidad dinámica y cinemática de dos aceites multigrados mediante la relación que existe entre el tiempo empleado por una esfera en recorrer una cierta distancia al ser introducida en el fluido viscoso (Ley de Stokes).
2) Comparar valores experimentales de viscosidad obtenidos en la primera práctica con losvalores registrados por el viscosímetro.
3) Familiarizarse con los equipos de medición de densidad y viscosidad.

3. MARCO TEÓRICO
ECUACIONES TEÓRICAS
Ley de Stokes:
Al caer una esfera de un fluido en reposo, debe tenerse en cuenta que al alcanzar una velocidad de caída constante, la fuerza de empuje hidrostática más la fuerza de arrastre o resistencia debe ser igual al peso [2], es decir:FD

Fe

W

∑Fy=0 : FD+ Fe=W

Donde:
FD= CD*π4*D2*ρ*U22 CD=24Re =>Re<1

Fe=ρ*g*π6*D3 Re=U*Dv

W=ρesfera*g*π6*D3

Sustituyendo y simplificando se consigue la siguiente ecuación de viscosidad dinámica, mejor conocida como la ecuación del Viscosímetro de Stokes:

μ=D2g(ρesfera-ρaceite)18 u (1)

Donde:u: Velocidad de caída de las partículas (velocidad límite)
g: Aceleración de la gravedad,
ρs: Densidad de la esfera.
ρ : Densidad del fluido.
µ: Viscosidad del fluido.
D: Diámetro de la esfera.

Viscosidad:
La viscosidad de un fluido depende de su temperatura y se clasifica en viscosidad dinámica y viscosidad cinemática. También se puede decir que considerando la viscosidad, se pueden clasificar alos fluidos en newtonianos y no newtonianos [3].
* Viscosidad Dinámica: La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal, viene dada por la ecuación de Newton:
μ= τdudy (2)
Dónde:
τ: Esfuerzo cortante aplicado al fluido (F/A).
μ: Viscosidad dinámica.
dudy: Velocidad de deformación angular.

*Viscosidad Cinemática: Es una magnitud física que mide la resistencia interna al flujo de un fluido, resistencia producto del frotamiento de las moléculas que se deslizan unas contra otras, representada por la siguiente ecuación.
v= μρ (3)
Dónde:
μ: Viscosidad dinámica.
v: Viscosidad dinámica.
ρ: Densidad.

DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS
* Balanza: Para la medición de la densidad de utilizóuna balanza, para obtener el peso de las esferas y los fluidos de trabajo. Precisión ± 0,1 g.
* Bulbo graduado: Se utilizó para contener el aceite durante la medición del peso.
* Cilindro graduado: De vidrio y con un diámetro tres veces mayor que el de la esfera. Posee un extremo cerrado y otro abierto.
* Esfera: Se utilizó una esfera de un radio moderadamente pequeño para evitar...
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