Hidraulica Laboratorios

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE
FACULTAD DE TECNOLOGIA

DPTO: INGENIERIA CIVIL

CARRERA: INGENIERIA CIVIL

OBRAS HIDRAULICAS I

GUIA PRACTICA DE LABORATORIO

UNIVERSIDAD DEL VALLE SERVICIOS DE LABORATORIO LABORATORIO DE HIDRÁULICA I PRÁCTICA NO. 1

DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DEL AGUA 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO.Haciendo uso de un tubo de vidrio en el cual se encuentra unfluido de viscosidad desconocida y utilizando las ecuaciones de la fuerza de stokes podemos determinar la viscosidad del fluido. Cuando un fluido se mueve alrededor de una esfera con régimen laminar, o cuando una esfera se mueve dentro de un fluido viscoso en reposo, actúa una fuerza resistente sobre la esfera. (Naturalmente, la fuerza existe cualquiera que sea la forma del cuerpo, pero tenga formaesférica). Un estudio minucioso que no es necesario su análisis demuestra que la fuerza resistente esta dado por:

Fr  6   r v
Donde:

 = coeficiente de viscosidad;
r = radio de la esfera v = su velocidad respecto al fluido Esta relación fue deducida por primera vez por Sin George Stoke en 1845 y se denomina "Ley de Stoke". Vamos a interpretarla brevemente aplicándola al caso de unaesfera que cae dentro un fluido viscoso. Consideremos un fluido dentro un tubo como la figura Fig.1.

Fig.1 Las fuerzas que actúan sobre la esfera son su peso w, el empuje E y la fuerza de resistencia igual a Fr. Si e es la densidad de la esfera y f la del flujo, entonces:
4 W   eVe   e g r 3 3 4 E   f Ve   f g r 3 3

2

Puesto que la fuerza resultante sobre la esfera es igual alproducto de la masa por la aceleración:

w  E  Fr  m.a

a

w  E  Fr m

Si es abandonada la esfera partiendo del reposo (v = 0) la fuerza de viscosidad en el momento inicial es nula a la aceleración inicial a0 es por tanto Fr = 0:
me g   f gVe me  m e   f Ve  g  me     

a0 

Recurriendo a la definición de densidad:

  eVe   f Ve a0  g    eVe     
m m  V V

 e   f a0  g    e 

   

Como resultado de esta aceleración inicial, la esfera adquiere una velocidad hacia abajo y experimenta, por consiguiente, una resistencia que puede calcularse por la Ley de Stoke, puesto que la velocidad aumenta, la resistencia también aumenta en proporción directa y la esfera llegará a alcanzar una velocidad constante llamada "velocidadlímite". Esta velocidad puede calcularse conociendo la distancia recorrida con respecto al tiempo transcurrido, es decir:
w  E  Fr  0 w  E  Fr

Remplazando valores:

4 3 4  r e g   r 3  f g  6   r v 3 3

Simplificando y despejando el coeficiente de viscosidad del fluido se tiene: 2

2r  e   f g 9 v

v Como en este régimen v es constante, entonces remplazando en la anteriorecuación tenemos: t

d



2 r 2t  e   f g 9 d
3

2.

OBJETIVOS.

Los objetivos que se persiguen en la presente experiencia de laboratorio son:   Determinación de la viscosidad del agua de manera experimental. Comparación de los resultados obtenidos con la viscosidad estándar (tablas)

3.

MATERIALES Y EQUIPOS.       Un tubo con agua. Esferas de diferente diámetro.Cronómetro. Micrómetro o Vernier. Balanza. Termómetro.

Fig.2 4. PROCEDIMIENTO. Proceder al montaje como se muestra en la figura Fig.2. Paso 1) Familiarizarse con la descripción y la instalación del experimento. Paso 2) Medir el diámetro de las esferas (perdigones) con el tornillo Micrométrico y determinar su peso con ayuda de una balanza. Paso 3) Dejar caer las esferas por el centro del tubo ymedir el tiempo transcurrido entre los bordes superiores de las dos marcas. Paso 4) Repetir el experimento con todas las esferas Paso 5) Medir la distancia de separación de las 2 marcas en sus bordes superiores. 5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRACTICA La práctica tiene una duración de dos periodos académicos 6. MEDICION, CALCULOS Y GRÁFICOS

4

En el transcurso de la práctica y al final de...