Practica 2

ESTIMACIÓN DE LA VISCOSIDAD MEDIANTE EL VISCOSÍMETRO THOMAS STORMER

BURGOS LÓPEZ CARLOS ESTEBAN GONZÁLEZ HENAO FÉLIX ANTONIO CRUZ HENAO JONATHAN

UNIVERSIDAD DEL VALLE PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL FUNDAMENTOS DE FLUIDOS SEDE BUGA 2017

1. INTRODUCCIÓN En este documento se presenta de manera concreta los resultados obtenidos con la realización de la práctica estimación de la viscosidad mediante el viscosímetro Thomas Stormer. Lo que permite afianzar los conocimientos adquiridos en clase en torno al tema de viscosidad, puesto que se observa de manera directa el comportamiento de los fluidos, en función de su viscosidad y a partir de esto determinar cuales son las aplicaciones principales para los fluidos en función de su viscosidad dinámica. En ese sentido, se describe de manera detallada cual fue el proceso llevado a c abo para la realización de la practica y se presentan los datos obtenidos una vez ejecutada la práctica. Posteriormente se realiza un análisis de los resultados, para finalmente obtener las conclusiones mas relevantes de la realización de la práctica.

2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo general Elaborar las rectas de calibración del viscosímetro Thomas-Sto rmer utilizando como patrón un viscosímetro electrónico.

2.2. Objetivos específicos Conocer el uso del viscosímetro electrónico a través de la toma de mediciones de las viscosidades de los fluidos de calibración. Elaborar la curva de calibración del equipo mecánico utilizando los registros de tiempo del viscosímetro Thomas –Stormer y de viscosidad del viscosímetro electrónico.

3. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRÁCTICA Para la realización de esta práctica, en primera instancia el laboratorista encargado del área, explico lo relacionado con el funcionamiento del viscosímetro Thomas Stormer, asi como el funcionamiento del viscosímetro electrónico, el cual servirá como eje de comparación. Una vez claro el funcionamiento de los equipos, se procede con la realización de la práctica. Primero, se hizo girar el viscosímetro Thomas Stormer con diferentes pesos (50 gr, 75 gr y 100 gr) y se tomaron 3 tiempos para cada uno de los pesos respectivos. Este proceso se repitió para dos fluidos viscosos, uno era aceite para motores a gasolina y el otro un aceite para motores a Diesel. Asi pues, se tomaron 18 mediciones a lo largo de la práctica. De esta forma, se promediaban los 3 tiempos obtenidos para cada uno de los diferentes pesos en cada uno de los fluidos viscosos. Tiempos que se utilizaran para analizar la viscosidad (en centipoise), con respecto a las curvas de calibración de viscosímetro Thomas Stormer 1 y 2 y determinar asi, la viscosidad del fluido en cuestión. Finalmente, se procedió a la medición de la viscosidad de cada uno de los fluidos viscosos, en el viscosímetro electrónico, medida que posteriormente se utilizara para analizarla con respecto a la obtenida por medio del viscosímetro Thomas Stormer y calcular el error relativo correspondiente.

4. DATOS Y CÁLCULOS Los resultados obtenidos con la realización de las practicas, se resumen en las siguientes tablas. Tabla 1. Tiempo de revoluciones del aceite para motores a gasolina

Tiempo para 100 RPM del rotor (s) Peso (g)

t1

t2

t3

Tiempo promedio

cP

50

233,56

227,73

225,83

229,04

401

75

141,46

137,83

137,03

138,7733333

323

100

101,16

100,23

99,78

100,39

317

Fluido utilizado

 Aceite para motor a gasolina

Viscosidad equipo electrónico (cP)

327

Temperatura de prueba (C)

347 24 - 26

Tabla 2. Tiempo de revoluciones del aceite para motores a Diesel.

Tiempo para 100 RPM del rotor (s) Peso (g)

t1

t2

t3

Tiempo promedio

cP

50

136,9

135,91

127,74

133,5166667

270

75

90,36

89,9

89,23

89,83

250

100

66,91

66,15

65,78

66,28

225

Fluido utilizado Viscosidad equipo electrónico (cP) Temperatura de prueba (C)

 Aceite para motores a Diesel 87

248,3333333

23

4.1. Cálculos de las viscosidades de los fluidos a partir de las curvas de calibración de los viscosímetros Thomas Stormer Como se aprecia en las tablas 1 y 2, una vez promediados los tiempos para cada uno de los diferentes pesos, se utilizo dicho tiempo par a por medio de las curvas de calibración de viscosímetro Thomas Stormer determinar la viscosidad dinámica del fluido en esa configuración, dato que se puede apreciar en la ultima columna de cada una de las tablas. En ese sentido, se identifica que para el aceite para motores a gasolina la viscosidad dinámica fue de 347 centipoise y para el aceite para motores a Diesel, la viscosidad dinámica fue de 248,33 centipoise.

4.2. Comparación de los valores de viscosidad obtenidos (viscosímetro Thomas Stormer contra viscosímetro electrónico) En este apartado se hará una comparación de la medida de ambos viscosímetros para cada uno de los aceites por medio del error relativo. Por medio de la diferenc ia entre el viscosímetro Thomas Stormer y el electrónico. Error relativo aceite para motores a gasolina.

|()(| () |347   327 | = 6,11% 327 

Lo que indica que la diferencia entre el viscosímetro electrónico y el Thomas Stormer para el caso del aceite para motor es del 6,11%. Error relativo aceite para motores a Diesel.

|()(| () |248,3   87 | = 185,40% 87 

Para el caso del aceite para motores a gasolina, la diferencia es muchísimo mas notoria, pues el error relativo entre los viscosímetros ascendió hasta el 185,4%, un valor demasiado alto.

±

4.3. Consultar valores de viscosidad (25 oC  1 oC) Según el libro mecánica de fluidos fundamentos y aplicaciones (primera edición), las viscosidades dinámicas para los aceites utilizados fueron las siguientes:  Aceite para motores SAE 40 (Aceite para motores a gasolina), 0,35 Pa*s es decir 350 Centipoise, bastante aproximado a lo que se obtuvo en la pra ctica para el aceite para motores a gasolina. Por otro lado, el aceite SAE 10W-30 (Aceite para motores a Diesel), 0,17 Pa*s es decir 170 Centipoise, que se encuentra entre un valor medio, tanto para el valor obtenido por medio del viscosímetro electrónico (87 cP), como para el obtenido en la práctica de (248 cP),

5. ANALISIS DE LOS RESULTADOS Y PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS Como se identifico en el apartado anterior, los resultados para el aceite para motores a gasolina no difieren mucho tanto en el viscosímetro Thomas Stormer, como en el electrónico, tanto asi que el error relativo fue de tan solo el 6,11%. Sin embargo, el aceite para motores a Diesel, registro valores muy distantes en ambos viscosímetros, tanto asi que el error relativo del viscosímetro Thomas Stormer con respecto al electrónico fue del 185,4%, lo que hace dudar de la efectividad del viscosímetro Thomas Stormer para determinar las viscosidades de un fluido en cuestión.

5.1. ¿Qué es viscosidad y cuales son sus dimensiones y unidades? Básicamente se puede definir la viscosidad como la resistencia interna de un fluido al movimiento, pues debido a la fuerza de fricción que se crea cuando dos cuerpos en contacto se mueven uno con respecto al otro en la dirección opuesta al movimiento. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la viscosidad se representa de dos maneras, la viscosidad dinámica, que es justamente la definición presentada anteriormente y la viscosidad cinemática, que no es mas que el cociente de la viscosidad dinámica y la densidad del fluido en cuestión. Para el SI (sistema internacional9, las unidades manejadas son los pascales por segundo , o de manera mas contidiana los Centipoises   De igual modo en el sistema imperial o inglés, las unidades de la viscosidad dinámica son los Reyn , lo que en el SI equivaldría a .

 ∗ ( ∗ ∗−)

10− ∗. 6890  ∗ 

Tabla 3. Dimensiones y unidades de la viscosidad

Concepto Viscosidad dinámica Viscosidad cinemática

SI Páscalas por segundo

(∗ ) 

Stokes

Ing les

( ∗ ∗ −  ) 

Reyn

,

Dimensi ones

 ∗ 

5.2. ¿Para qué es útil medir la viscosidad en la realidad? Desde la rama de ingeniería su aplicación es bastante amplia, puesto que se confirmo que cuando un fluido es mas viscoso, para un sólido es más difícil moverse a través de este. En ese sentido desde el aspecto mecánico, como en el funcionamiento de los motores, es de vital importancia conocer la viscosidad del aceite que se utilizara para garantizar el funcionamiento adecuado del mismo, pues un aceite excesivamente viscoso, podría hacer que la mecánica interna del motor

no funcione dentro de los parámetros adecuados (mas lento) y por el contrario un aceite menos viscoso, haría que el motor tra bajase por encima de su funcionamiento normal, debido a la facilidad que obtendrían las piezas para poder operar.

5.3. ¿Por qué es importante anotar la temperatura en la prueba? Es muy importante, puesto que la viscosidad es una función inversamente proporcional de la temperatura, es decir, a mayores temperaturas, la viscosidad de un fluido en cuestión tiende a disminuir. Es por ello por lo que, para la realización de la práctica, se debe procurar mantener una temperatura estable, de lo contrario los resultados obtenidos, pueden verse alterados significativamente.

5.4. ¿Cómo podría afectar sobre la calibración, una cuerda mal enrolladada sobre el tambor? Para el funcionamiento del viscosímetro Thomas Stormer, esto causaría graves problemas en la toma de datos, puesto que si el cable no esta calibrado para que gire de la manera adecuada podría hacer que el tiempo que tarde en hacer las 100 RPM necesarias fuese mayor y por tanto indicar que el fluido en cuestión es mas viscoso, de lo que en realidad es y por lo tanto utilizarlo podría hacer que este se empleara en equipos de manera errónea, lo que provocaría graves daños en la maquinaria.

6. CONCLUSIONES Es claro que, a mayor viscosidad dinámica, mayor será la resistencia que imponga un fluido al movimiento en él. De allí la importancia de identificar claramente las necesidades de viscosidad necesarias para el funcionamiento adecuado de la maquinaria. El viscosímetro Thomas Stormer, representa una gran utilidad para comprender de manera practica el concepto de viscosidad, puesto que su funcionamiento esta directamente relacionado con la viscosidad que posea un fluido en cuestión. Sin embargo, pierde practicidad con respecto a un viscosímetro electrónico, cuando se trata de analizar fluidos con pesos de referencia suficientemente bajos, pues, esto causa que el tiempo necesario para tomar un dato se extienda demasiado, caso contrario a un viscosímetro electrónico, que arroja el resultado de la viscosidad del fluido de manera inmediata. La temperatura es uno de los aspectos que debe tratar de mantenerse mas bajo control, puesto que las viscosidades de los fluidos varían considerablemente si se presentan cambios de temperatura suficientemente representativos, lo cual causaría que los datos que se estén tomando para la práctica, quedasen invalidados automáticamente.

7. BIBLIOGRAFIA 8. Cengel, Y., & Cimbala, J. (2006). Mecánica de fluidos fundamentos y aplicaciones. McGraw-Hill.