Viscosimetria

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MECANICA Y FLUIDOS TRABAJO PRÁCTICO Nº 5 VISCOSIMETRIA METODO CLASICO O DE STOKES
CONTENIDOS Fuerzas de Fricción en Fluidos. Métodos Industriales de Determinación de la Viscosidad Método de Stokes. Ecuación del movimiento. Velocidad límite. Expresión de la Viscosidad. Unidades. Cálculo de errores. OBJETIVOS Interpretar el concepto de viscosidad Determinar la viscosidad utilizando diferentesmétodos. Calcular los errores experimentales en la determinación de la viscosidad y estimar las correcciones necesarias.

V.1

FUNDAMENTOS TEORICOS

V.1.1

Fuerzas de Fricción en Fluidos (definiciones, unidades y propiedades)

Cuando dos cuerpos se ponen en contacto aparecen fuerzas disipativas en los puntos comunes a ambos, explicadas como la suma de un gran número de interaccionesmoleculares entre los cuerpos. Este valor macroscópico, de tipo estadístico, se denomina habitualmente fuerza de fricción. Cuando se trata de líquidos o fluidos, las fuerzas de fricción se denominan fuerzas viscosas. En este caso se suele imaginar al líquido como si estuviese compuesto por muchas capas de espesor infinitesimal, que se deslizan unas sobre otras, como si entre ellas existiese un movimientorelativo. El rozamiento de una capa con otra generaría las fuerzas viscosas y así cada líquido tendría una particularidad llamada su viscosidad. Se denomina viscosidad a la propiedad que tienen los líquidos de ofrecer cierta resistencia al movimiento entre dos capas próximas. Así, si una fuerza de 1 dina desplaza una capa líquida de 1 cm2 de superficie, a una distancia de 1 cm con una velocidad de1 cm/s, la viscosidad dinámica ( η ) es de e. Las dimensiones de la viscosidad dinámica definida así son: g/(cm*s), denominada Poise (P) en honor de Poiseuilles, quien describió una fórmula para calcular el volumen de fluido que pasa por un tubo en un intervalo de tiempo. La viscosidad dinámica en el SI (Sistema Internacional) se expresa como kg/(m*s), siendo por lo tanto 1 kg/(m*s) = 10 P

52 En la parte técnica es más frecuente usar el concepto de viscosidad cinemática ( γ ) que se define como el cociente entre la viscosidad dinámica de un fluido y su densidad. La unidad de medida se llama Stokes = cm2/s

γ

=

η d

Stoke = Poise * cm3/g = g/(cm*s) * cm3/g = cm2/s A veces, resulta más conveniente trabajar con otro concepto relacionado con la mayor ó menor capacidad de unlíquido para fluir. Cuanto más viscoso es un líquido, menor será su capacidad de fluir. Por ello se define un índice llamado coeficiente de viscosidad ( φ ) que es la inversa de la viscosidad dinámica. Su unidad es Poise-1

φ

=

1 η

Los cálculos teóricos para determinar la viscosidad de líquidos escapan al presente curso de Física, y son extraordinariamente complejos. Algunos conceptostradicionales como la distribución de velocidades dentro de una cañería, como la fórmula de Poiseuilles, etc., se pueden encontrar en la bibliografía. Aquí, sólo se remarcan algunas propiedades de tipo práctico y se discutirán las maneras de medir viscosidad de líquidos para fines industriales. Tal vez, la propiedad más conocida sea la relación que existe entre la temperatura y viscosidad de unfluido. La viscosidad de los líquidos disminuye a medida que aumenta la temperatura, mientras que en el caso de los gases, aumenta la viscosidad con el aumento de la temperatura. También existe una relación entre la viscosidad y la presión. En el presente práctico se trabajará a presión atmosférica para simplificar las mediciones.

V.1.2

Métodos Industriales de Determinación de la ViscosidadComo las determinaciones de la viscosidad, junto con la teoría que las explica siempre fueron muy complejas, desde siempre se trató de medir en forma práctica este concepto, de manera tal que fuese útil para la mayoría de los fines industriales. Así, han aparecido diferentes índices, que están más o menos relacionados con la viscosidad propiamente dicha y que generalmente son propios de cada...
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