Física Ffyb; Experiencias Mostrativas Viscosidad

Trabajo Práctico Nº 8: Experiencias mostrativas de viscosidad

Objetivos:
1- Observar las variaciones de perdida de carga y del caudal de salida de un líquido a través de un tubo al modificar los siguientes parámetros: a) Diferencia de presión impulsora, b) Longitud del tubo, c) Radio del tubo.
2- Discutir el cumplimiento de la ley de Poiseuille.

Materiales y métodos: Según guía detrabajos prácticos en curso 2012.

Fundamentos

La hidrodinámica se encarga de estudiar los fluidos en movimiento, los cuales pueden ser divididos en dos grupos: ideales y reales según presenten rozamiento interno para fluir. Los primeros, si bien no existen en la realidad, se los tiene en cuenta para conocer como debería ser el comportamiento de un fluido en estudio. Éstos no disipan energíaal desplazarse dentro de un tubo de flujo. Por otro lado los fluidos reales experimentan una variación de energía al sufrir fricción contra las paredes de una cañería durante su movimiento. Podemos decir entonces que éstos poseen una cierta resistencia a fluir denominada viscosidad que se debe a las fuerzas que se manifiestan entre las moléculas del fluido y entre éstas y las paredes del tubo.
Elcoeficiente de viscosidad (η), propio de cada sustancia caracteriza el grado de fluidez de la misma teniendo en cuenta que si el primero aumenta, el otro disminuirá en una relación de proporcionalidad inversa. Su valor se puede conocer mediante una ecuación provista por la ley de la viscosidad de Newton:
[pic]
que relaciona la fuerza tangencial aplicada a un área de contacto entre capas (sipensamos al fluido en movimiento compuesto por planos paralelos que se desplazan uno respecto del otro) con el gradiente de velocidad en la dirección normal al movimiento. Además el término F/A representa la tensión cortante o fuerza de cisaya necesaria para mantener el flujo laminar entre dos capas paralelas.
Retomando lo mencionado al comienzo, podemos estudiar lo que ocurre en ambos tipos defluidos utilizando la ecuación del Teorema de Bernoulli que analiza la energía total de un sistema (en dos puntos a elección) que se transforma en distintos tipos de energía.


P1 + ½ δ V12 + ρ h1 = P2 + ½ δ V22 + ρ h2

P1: Energía acumulada como presión
½ δ V12: Energía cinética
ρ h1: Energía potencial gravitatoria

Nota: Cada término de esta ecuación representa una forma de energíadel fluido expresada por unidad de volumen.
La ecuación así expresada corresponde a fluidos ideales, que como ya expresamos no experimentan rozamiento, y fluyen con una cierta velocidad asociada a la energía cinética. Otra forma de conocerla es calculándola por medio de la ecuación de continuidad. Ésta plantea que para todo tubo de flujo que posee un líquido o gas desplazándose en su interior, elcaudal, es decir, el volumen de fluido en función del tiempo, se mantendrá constante, siempre y cuando no existan fuentes o sumideros.

Qentrada = ventrada. Sentrada = vsalida. Ssalida=Qsalida en la cual,

Q es caudal, V velocidad del fluido, S es la sección del tubo por el que fluye.

Entonces siempre que tengamos una cañería o un tubo, todo el fluido que ingresa con un caudal determinadodebe salir en su totalidad cumpliéndose la igualdad anterior Qentrada= Qsalida. Para mantener constante el caudal, se nota que al ser más grande la sección la velocidad será menor y viceversa. Para un fluido ideal se cumple que la velocidad es la misma en un mismo punto y en una misma línea de corriente que se define como la trayectoria de una partícula que se mueve y es paralela a la velocidad encada punto.
En cambio los fluidos reales, si bien pueden ser estudiados por la ecuación de Bernoulli, se tiene que incluir en la misma el término que representa el trabajo realizado en contra de las fuerzas de rozamiento (WFR/Vol.) que se expresa como ΔP. Esta perdida de energía causada por las fuerzas disipativas se define según la ley de Poiseuille como

ΔP= (8.L. η)/ (Q. r2 π) donde L es el...