Experimento de Fluidos-Viscosidad de un fluido PDF

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Práctico 1...

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Laboratorio de Mecánica de Fluidos 2021 - IPAO Viscosidad del detergente líquido

Santamaría Plúa Solange Dayana

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) [email protected]

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Tabla de Contenido Laboratorio de Mecánica de Fluidos............................................................................................................. 1 Tabla de Contenido ....................................................................................................................................... 2 Tabla de Cuadros........................................................................................................................................... 2 Tabla de Imagen............................................................................................................................................ 2 Introducción .................................................................................................................................................. 3 Metodología.................................................................................................................................................. 4 Resultados..................................................................................................................................................... 5 Análisis de Resultados................................................................................................................................... 8 Conclusión ..................................................................................................................................................... 9 Bibliografía .................................................................................................................................................... 9

Tabla de Cuadros Tabla 1. Tabla de los valores de cada dato calculado. .................................................................................. 7

Tabla de Imagen

Figure 1. Ilustración de la medición del fluido en el recipiente. ................................................................... 4 Figure 2. Ilustración de la canica antes de caer hacia el fluido..................................................................... 4

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Introducción El experimento se trata de encontrar la viscosidad de un fluido con el simple lanzamiento de una canica a una cierta altura y tomar el tiempo de la canica hasta que toque el fondo. Con estas mediciones se puede encontrar la viscosidad. Para poder entender mejor el experimento se hablará un poco del significado de la viscosidad y densidad. La viscosidad es una propiedad de un fluido en movimiento y cuando se aplica una fuerza, tiende a oponerse al flujo del fluido. Cuanto mayor sea la resistencia al flujo de un líquido, mayor será la viscosidad del líquido. Los líquidos, a diferencia de los sólidos, se caracterizan por fluir. Es decir, cuando se somete a una fuerza, la molécula se mueve más rápido que su tamaño. A medida que crecen, lo hacen lentamente. La fórmula de la viscosidad es: 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 =

2(𝜌𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 − 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 )(𝑔)(𝑟𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 2 ) (9 ∗ 𝑉)

Hablamos de la densidad absoluta de la materia en física y química. Al considerar la masa de un volumen o espacio en particular, la densidad promedio es la relación entre el volumen y la cantidad que ocupa. Si la masa no se distribuye uniformemente en todos los puntos, la densidad puede diferir de la masa promedio en algunas de estas áreas. La densidad relativa asocia la densidad de una sustancia con la densidad de otra sustancia utilizada como referencia.

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Metodología Materiales: 1. 80ml de detergente líquido 2. 1 canica 3. 1 recipiente

Procedimiento: 1. Encima de una balanza colocamos el recipiente y vertemos los 80ml de detergente líquido. Hay que procurar que antes de encender la balanza debemos tener colocado el recipiente para que una vez que vertamos el fluido, la balanza indique la masa de solamente el fluido. 2. Una vez que hayamos vertido el detergente, con una regla medimos la distancia hasta donde llegó el fluido. 3. Con la canica después de haberla pesado también en la balanza, junto con un cronometro en mano calculamos el tiempo de caída para así buscar la velocidad a la que pueden caer los objetos en el fluido. Mientras dejamos caer la canica, rápidamente aplastamos el cronometro para que no se pase ms de más. 4. Al final anotamos el tiempo y procedemos a realizar los respectivos cálculos.

Figure 2. Ilustración de la canica antes de caer hacia el fluido.

Figure 1. Ilustración de la medición del fluido en el recipiente.

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Resultados Conversión de Unidades Canica: 5𝑔 ∗

1𝑘𝑔 = 0,005𝑘𝑔 1000𝑔

Diámetro de canica: 1,4𝑐𝑚 ∗

1𝑚 = 0,014𝑚 100𝑐𝑚

Detergente Líquido: 1 ∗ 10−6 𝑚3 80𝑚𝑙 ∗ = 0,00008𝑚3 1𝑚𝑙

85𝑔 ∗

1𝑘𝑔 = 0,085𝑘𝑔 1000

Distancia: 4.5𝑐𝑚 ∗

1𝑚 = 0,045𝑚 100𝑐𝑚

0,1𝑐𝑚 ∗

1𝑚 = 0,001𝑚 100𝑐𝑚

Menor medición de la distancia:

Error de Incertidumbre •

La incertidumbre de la distancia y el radio de la canica se obtiene al registrar la mitad del valor de la mínima división ya que es un instrumento analógico.

Distancia: 𝛿=

0,1 = 0,05𝑚 2

𝑥𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 = (0,045 ± 0,0005)𝑚 5

Radio de canica: 𝛿=

0,1 = 0,05𝑚 2

𝑟𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 = (0,007 ± 0,05)𝑚

•

Para la incertidumbre del tiempo, la masa del detergente y la masa de la canica su incertidumbre se registrará como la mínima lectura posible ya que el cronómetro es un instrumento digital.

Tiempo: 𝑀𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑟𝑜𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜: 0,01𝑠 𝑡𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 = (0,38 ± 0,01)𝑠

Masa del detergente líquido: 𝑀𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑧𝑎: 0,001𝑘𝑔 𝑚𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 = (0,085 ± 0,001)𝑘𝑔

Masa de la canica: 𝑀𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑧𝑎: 0,001𝑘𝑔 𝑚𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 = (0,005 ± 0,001)𝑘𝑔

Cálculos Densidad del Detergente 𝜌𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 =

𝑚𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 ∀𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒

=

0,085𝑘𝑔 𝑘𝑔 = 1062,5 3 3 𝑚 0,00008𝑚

Volumen de la canica ∀𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 =

4 4 𝜋𝑟 3 = 𝜋(0,007)3 = 1,4 ∗ 10−6𝑚3 3 3

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Densidad de la canica 𝜌𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 =

𝑚𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 0,005 𝑘𝑔 = = 3571,42 3 −6 ∀𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 1,4 ∗ 10 𝑚

Velocidad del detergente 𝑥 0,045 𝑚 = = 0,12 𝑠 𝑡 0,38

𝑉=

Datos

Materiales

Densidad

Detergente líquido

1062,5 kg/m3

Canica

3571,42 kg/m3

Masa

Valores

Detergente líquido

0,085 kg

Canica

0,005 kg

Tiempo

canica

0,38 s

Radio

canica

0,007 m

Volumen

Detergente líquido

0,00008 m3

Canica Velocidad

1,4*10^-6 m3

Detergente líquido

0,12 m/s

Tabla 1. Tabla de los valores de cada dato calculado.

Viscosidad del fluido Para encontrar la viscosidad usaremos la siguiente fórmula: 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 =

𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =

2(𝜌𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 − 𝜌𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 )(𝑔)(𝑟𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 2 ) (9 ∗ 𝑉)

2(3571,42 − 1062,5)(9,8)(0,007)2 9 ∗ 0,12

𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 2,23 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑒 7

•

Por último, procedemos a sacar el error porcentual del valor práctico 2,23 poise y el valor teórico de la viscosidad del detergente líquido que es 1,8 poise %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =

|𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 | ∗ 100 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =

|2,23 − 1,8| ∗ 100 1,8

%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 23,88%

Análisis de Resultados Al momento de realizar el experimento se pudo observar que el fluido era viscoso, pero no lo suficiente como hacer aumentar el tiempo de la canica al momento de caer hasta el fondo del recipiente. En el momento de los cálculos decidí en usar las unidades de kg y m3 así que procedí a realizar sus respectivas conversiones de unidades, luego calcule la incertidumbre de cada dato que había sacado a partir del experimento, ya que aunque hayan sido instrumentos de medición lógicos siempre tendrán un porcentaje de error, al igual que la incertidumbre por las medidas sacadas a través de una regla, ya que la vista puede ser muy engañosa y no puedo asegurarme que el valor de medición que escogí sea exacto sino que es lo más preciso posible. Al momento de a realizar los cálculos respectivos para poder reemplazar en la ecuación de la 𝑘𝑔 viscosidad del detergente, dio como resultado de la densidad del detergente 1062,5 3 dando a 𝑚

entender está cerca de ser un líquido ligero ya que el agua tiene de densidad 1000 kg/m3, con la diferencia que éste detergente es un más denso, pero tanto como la miel. Luego procedimos al volumen de la canica, con una regla medimos el posible diámetro que podría tener la canica y la dividimos para 2 para obtener su radio, dando, así como resultado un volumen de 1,4 ∗ 10−6 𝑚3 siendo razonable ya que el tamaño de la canica es pequeño. Después procedimos a calcular la velocidad del fluido a la que cayó el objeto, dando como 𝑚 resultado una velocidad de 0,12 , ya que el objeto al momento de caer tuvo solamente una 𝑠 sumatoria de fuerzas en Y, al mismo tiempo como va en caída libre se iguala a cero. Entonces, el objeto solo tiene su fuerza que es el mismo peso restando a la fuerza de empuje que tiene la densidad. Como la canica cae sin problema alguno se entiende que el empuje viene a ser menor que el peso de la canica haciendo que esta caiga al fono. Al final de todos esos cálculos procedemos a calcular la viscosidad del fluido, cada resultado antes dado se los utiliza reemplazando en la fórmula para hallar la viscosidad, dando como resultado 2,23 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑒 y concluyendo que el fluido tiene una viscosidad mayor a la del agua pero menor a la de otros fluidos, ya que la canica igualmente pudo caer en un tiempo pequeño. Para poder saber cuanto hubo de error porcentual en el resultado de viscosidad, se uso el valor teórico de viscosidad de la hoja de datos de seguridad el cual fue 1,8 poise, y el valor de la 8

viscosidad que dio de resultado en base a la experimentación, quedando así un error porcentual de 23,88%, concluyendo así que debido a que fue un experimento hecho en casa no se contó con los recursos necesarios para que de un valor lo más preciso al valor teórico, por tanto dio un error muy grande tomando en cuenta los puntos anteriormente hablado.

Conclusión •

•

En conclusión, con este experimento se pudo dar a conocer el comportamiento de un fluido de una densidad mayor a la del agua en el momento de dejar caer un objeto pesado, también se dio conocimiento de la ecuación de viscosidad en el que ayuda a calcular que tan viscoso es el fluido como para dejar caer un objeto a una cierta velocidad. Para concluir, con este experimento repasamos ciertos conceptos el cual se nos fue enseñado con anterioridad para poder ejecutarlos de una forma más avanzado.

Bibliografía CV, H. M. (Mayo de 2014). Hoja Datos de Seguridad. Obtenido de Henkel: https://www.henkel.com/resource/blob/574208/68e016cebd424f2717a255688bca6f62/35769 1-msds-123-liquido-julio2014-data.pdf Gomez-Arias, E. (2009). Determinación de la viscosidad y su incertidumbre en fluidos de perforación usados en la construcción de pozos geotérmicos:aplicación en el campo de Los Humeros,Puebla,Mexico. Obtenido de Revista mexicana de ciencias geológicas: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?pid=S1026-87742009000200018&script=sci_arttext Mott, R. (1996). Mecanica de fluidos aplicada. Obtenido de Pearson Educación: https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=xUavR0u66PEC&oi=fnd&pg=PA23&dq=viscosidad +fluidos&ots=wRznCDMtJS&sig=a49zOwQ0hbaRydtScxxVO9JP4jM#v=onepage&q=viscosidad%2 0fluidos&f=false

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