Viscosidad

Metodología

Como primer paso, se prepara el equipo que se va a utilizar. El objetivo es calcular la viscosidad dinámica de dos fluidos. Se debe usará un viscosímetro, aceites SAE 40 y SAE 20W-50, un termómetro de mercurio, 2 beaker para depositar los aceites y una plantilla o calentador para generar la variación de temperatura necesaria para del laboratorio.
Primero, se arma el viscosímetrodigital y se calibra. También se debe conectar la plantilla para calentar los aceites. En este momento, se deben tomar mediciones de los aceites a temperatura ambiente. Después de esto, se hacen las mediciones en el viscosímetro para los aceites a distintas temperaturas, se realizaron 6 mediciones para cada aceite.
Es importante hacer el procedimiento de medición rápido en el viscosímetro, porquela temperatura varía rápidamente y por esto se puede obtener un valor de viscosidad muy diferente al valor real a una temperatura dada.
Este procedimiento consiste básicamente en acercar un recipiente con aceite al sensor del viscosímetro a una altura más alta que el sensor superior, el cual que girará y mostrará en una pantalla digital el resultado de la medición.

Marco teóricoPrimero, se debe definir qué es viscosidad y sus propiedades. Esta propiedad del fluido se refiere a la resistencia del mismo hacia las tensiones de corte (esfuerzo cortante). Se establece la ley de la viscosidad de Newton:
τ=μdvdt (1)
En la ecuación, τ es el esfuerzo cortante, μ una constante de proporcionalidad asociada al fluido estudiado, conocida como viscosidad dinámica, v la velocidadde la capa en movimiento de fluido y t se refiere al espesor del fluido en movimiento. Esta ecuación es la que establece que para una velocidad angular de deformación dada del fluido, el esfuerzo cortante sería directamente proporcional a la viscosidad. Esta ecuación define la viscosidad absoluta o dinámica, para diferenciarla de la viscosidad cinemática, la cuál será definida más adelante.
En ungas, la viscosidad aumenta con la temperatura y en un líquido la viscosidad disminuye con un aumento de temperatura. Esto se explica por las causas que producen la viscosidad en cada tipo de fluido. En un líquido, las fuerzas de cohesión entre moléculas son significativas, por lo que producen viscosidad. Estas fuerzas de cohesión disminuyen con la temperatura, por lo que disminuye la viscosidad.En un gas, por su parte, las fuerzas de cohesión entre partículas son muy bajas pero se presenta una gran transferencia de cantidades de movimientos moleculares que producen resistencia a los esfuerzos cortantes, es decir, viscosidad. Esta transferencia de moméntum aumenta con la temperatura por excitar las moléculas para que se muevan a mayor velocidad (provocando más choques), por lo que aumentala viscosidad.
En general, la presión no influye en la viscosidad. De hecho, se debe observar una presión muy alta para observar un cambio significativo en algunos aceites.
Un concepto importante es el de viscosidad cinemática, que se define como:
υ=μρ (2)
Es un concepto que interviene en muchas aplicaciones, como por ejemplo en el número de Reynolds que caracteriza el movimientode un fluido. Se expresa, en unidades del SI, en m2/s.
En éste experimento se lleva a cabo con un viscosímetro de tambor rotatorio, éste mide la viscosidad por medio de la definición de viscosidad dinámica. Un recipiente exterior se mantiene estático mientras que un motor hace girar el tambor rotatorio. El espacio entre el tambor rotatorio y el recipiente es pequeño. La parte del fluido que estáen contacto con éste es estacionaria, mientras que el fluido en contacto con la superficie del tambor interior se mueve a una velocidad similar a dicha superficie. Por tanto, en el fluido se establece un gradiente de velocidad. La viscosidad del fluido ocasiona en él un esfuerzo cortante que ejerce un torque de arrastre sobre el tambor rotatorio. El medidor detecta el arrastre e indica la...