Practica 1 flujo de fluidos

Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura
Unidad Ticomán
Materia:
Flujo de Fluidos
Practica No. 1
“Caracterización reológica de los fluidos”
Fecha de realización: 14/Septiembre/2015
Fecha de entrega: 21/Septiembre/2015
Grupo:
3PM1
Alumno:
Contreras Sánchez Osmar Reyes
Profesor:
Jiménez Chong Gumesindo Alejo

1Flujo de Fluidos 3PM1
Práctica 1
Resumen
Con la realización de esta práctica se logró caracterizar reológicamente 8 fluidos
distintos, se observó la variación de viscosidad que sufren los fluidos al aplicar una
velocidad angular, esto mediante el viscosímetro rotacional. Además se observó
la variación de la viscosidad del petróleo al encontrarse a distintas temperaturas,
con la ayuda del viscosímetro Saybolt. Se obtuvieron datos de viscosidad en
Centipoise, velocidad angular en RPM, viscosidad cinemática del petróleo en
Segundos Universales Saybolt (SUS).
Objetivos
Determinar la variación de la viscosidad con el esfuerzo cortante
Clasificar reológicamente diversos fluidos
Determinar la viscosidad cinemática del petróleo a distintas temperaturas.
Marco teórico
Determinación de la viscosidad
 Experimentación Simple
Una manera de probar la viscosidad de un líquido es observando cuánto tarda un
objeto para hundirse en ese líquido. También puedes comparar las viscosidades
comparando los diferentes tiempos de hundimiento para los diferentes líquidos. Se
puede proceder tomando en el costado de la botella aproximadamente 3 cm. (1
pulgada) de cada extremo, se dibujan dos líneas por todo alrededor con un
marcador permanente. Introducimos una canica en la botella, llenamos la botella
con agua hasta el tope y cerramos firmemente la tapa, vertimos la botella y
observamos cómo cae la canica en el agua (Cae muy rápidamente).
Con el cronómetro, medimos el tiempo que demora la canica para caer de una
línea de la botella a la otra cuando la inviertes. (Esto es casi imposible de hacer
porque la canica cae muy rápidamente. El agua no es muy viscosa). Y repetimos

Práctica 1
para tomar diferentes ensayos.
 Experimentación con tubo capilar.
El método clásico es debido al físico Stokes, consistía en la medida del intervalo
de tiempo de paso de un fluido a través de un tubo capilar. Este primigenio
aparato de medida fue posteriormente refinado por Cannon, Ubbelohde y otros, no
obstante el método maestro es la determinación de la viscosidad del agua
mediante una pipeta de cristal.Las pipetas de cristal pueden llegar a tener una
reproducibilidad de un 0,1% bajo condiciones ideales, lo que significa que puede
sumergirse en un baño no diseñado inicialmente para la medida de la viscosidad,
con altos contenidos de sólidos, o muy viscosos. No obstante, es imposible
emplearlos con precisión en la determinación de la viscosidad de los fluidos no-
newtonianos, lo cual es un problema ya que la mayoría de los líquidos
interesantes tienden a comportarse como fluidos no-newtonianos. Se muestran
dos recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño, conocido
como tubo capilar el fluido fluye a través del tubo con una velocidad constante, y el
sistema pierde energía ocasionando una caída de presión que puede ser medida
utilizando un manómetro
Los viscosímetros
Los viscosímetros son instrumentos diseñados y especializados para realizar la
medición del nivel de viscosidad de fluidos. También permiten medir otros
parámetros de flujo de los fluidos.
Tipos de viscosímetros
-Viscosímetro de Ostwald. El método mas sencillo para
medir viscosidades es mediante un viscosímetro de Ostwald
(figura 1). En este tipo de viscosímetros, se determina la
viscosidad de un líquido midiendo el tiempo de flujo de un
volumen dado V del líquido en un tubo capilar bajo la influencia de
la gravedad.
-Viscosímetro Rotacional. El viscosímetro rotacional funciona por el
principio de rotación, un cilindro o bien un disco sumergido en el material
que se debe probar, midiendo la fuerza de torsión necesaria para superar la
resistencia viscosa de la rotación. El cilindro o disco (husillo)esta acoplado
con un muelle a un motor que gira a una velocidad determinada. El ángulo
de desviación del eje se mide electrónicamente dando a la medida de
fuerza de torsión.
-Viscosímetro Saybolt. Este equipo consiste en un
recipiente (figura 2) destinado a contener el fluido cuya
viscosidad se quiere determinar y donde en su parte inferior
dispone un orificio de diámetro normalizado. Este recipiente
Fig. 1
Fig.2

Práctica 1
ªse halla a su vez dentro de otro que le sirve de baño termostático para
poder determinar viscosidades a distintas temperaturas. Está dotado de un
sistema de calentamiento integrado.
-Viscosímetros de cuerpo móvil.
En los viscosímetros de cuerpo móvil la movilidad de una esfera, burbuja,
disco, etc. En el fluido da medida de la viscosidad del fluido.Los
viscosímetros más conocidos son los de caída de esferas, los cuales se
basan en la ley de Stokes, que relaciona la viscosidad de un fluido con la
velocidad de caída. Si una esfera cae en el interior de un fluido libremente
se acelera hasta que la fuerza de la gravedad se iguala a la fuerza de
rozamiento que ejerce el fluido sobre ella.
-Viscosímetro de caída de bola (Höppler).
Conforme un cuerpo que cae en un fluido solamente bajo la influencia de la
gravedad, acelerará hasta que la fuerza hacía abajo (su peso) quede
equilibrada con la fuerza de flotación y la de arrastre viscoso que actúan
hacía arriba. La velocidad que alcanza en ese tiempo se denomina
velocidad terminal.
-Viscosímetro Engler
El principio de funcionamiento de este equipo es igual al de los
viscosímetros Saybolt. Las diferencias residen en las formas de los orificios
normalizados y en que el viscosímetro Engler requiere un sistema de
calentamiento externo.
- Viscosímetros capilares
Probablemente el primer experimento científico en el que se utilizó un
capilar o tubo para medir el flujo fue realizado en 1839 por Hagen, seguido
de cerca por el trabajo de Poiseuille. Poiseuille estudió problemas de flujo
capilar para entender mejor la circulación de la sangre a través de los vasos
capilares en el cuerpo humano. Descubrió la relación (conocida como la ley
de Hagen-Poiseuille) entre la velocidad de flujo y la caída de presión para
un tubo capilar

Práctica 1
Procedimiento experimental
Material
Dispersión de bentonita (8%)
Dispersión de Carboximetil Celulosa de Sodio (CMC) (1%)
Dispersión de almidón de maíz (100%)

Práctica 1
Glicerina
Jarabe de maíz
Petróleo

Práctica 1
Diesel
Jabón liquido
Equipo
 8 vasos de 600 ml

Práctica 1
 4 Viscosímetros rotacional
 3 Viscosímetros Saybolt
 8 espátulas
 Báscula

Práctica 1
 Termómetro
 Cronómetro
 3 vasos 100 ml

Práctica 1
Procedimiento experimental
 Experimento 1 "Variación de µ vs τ"
5.- Iniciar a medir las viscosidades y el torque a distintas
velocidades angulares con el jarabe de maíz, esto debido a
que es el fluido que esta listo para medir la viscosidad.
4.- Ya con los fluidos listos (cada equipo tendrá 2 fluidos
distintos), elegir una espindula, se elegirá de acuerdo a los
datos seguros que arroje.
3.1.2 Mezclar ambos componentes para obtener la dispersión.
Nota: Mezclar continuamente el almidón, ya que podría
solidificarse.
3.1.1.-Se deberá pesar el almidón y medir correctamente el
volumen de agua.
3.1.- Para el fluido de almidón de maíz se empleará 600 ml de
agua y 600 gr de almidón de maíz.
3.- Debido a que solo se proporcionó un fluido preparado, se
deberá elaborar la muestra de la dispersión del almidón de
maíz (100 %).
2.- Tomar el viscosímetro rotacional, conectarlo y encenderlo,
una vez encendido nivelar el viscosímetro
1.- Contar con todo el material y equipo a utilizar, verificar que
se encuentre en buen estado. Escuchar la explicación del
funcionamiento del equipo así como las indicaciones por parte
del profesor.

1
Práctica 1
Experimento 2 "Variación de µ vs T (Temperatura), en una muestra de
petróleo”.
8.- Una vez obtenidos los resultados se deberán
graficar y tabular para ser analizados y así caracterizar
reológicamente los fluidos.
7.- Una vez realizado todo el procedimiento de
medición para el jarabe de maíz se deberá repetir el
procedimiento (Pasos 4-6), esta vez con la muestra
de almidón de maíz (100 %).
6.- Observar las viscosidades a distinta velocidad
angular, se deberá tomar nota de las viscosidades
leídas, la velocidad angular y el torque medidas.
Nota: Con cada cambio de velocidades esperar un
determinado tiempo, esto estará en función de las
Revoluciones por minuto de la velocidad angular.
1.- Contar con todo el material y equipo a utilizar para
este esxperimento se ocupara una viscosímetro
Saybolt, cronometro, termometro y vasos de
presipitados, asi como una muestra de petroleo,
verificar que el equipo este en buen estado. Escuchar
la explicación del funcionamiento del equipo así como
las indicaciones por parte del profesor.

1
Práctica 1
7- Tabular los datos medidos con el Viscosímetro
Saybolt y analizar los resultados. Ádemas transformar
los SUS a viscosidad cinemática.
6.- Tomar nota del tiempo que tarda en caer el fluido,
pues esta sera la viscosidad en Segundos Universales
Saybolt.
5.- Se medirá el tiempo que tarda en caer el petróleo,
esto con ayuda de un cronómetro.
4.- Se medirá el tiempo que tarda en caer el petróleo,
esto con ayuda de un cronómetro.
3.- Una vez alcanzadas las temperaturas, se colocará
un vaso de precipitado debajo del viscosímetro.
2.- Se calentaran dos muestras de petróleo con el
Viscosímetro Saybolt hasta llegar a tres distintas
temperaturas a 40 y 60 ºC, también se realizara la
pruebe con la temperatura ambiente (aprox. 20 ºC).
Nota: Durante la experimentación no se logro tener el
petroleo a dichas temperaturas, las mediciones fueron
a 23, 45 y 54 grados Celcius.

1
Práctica 1
Resultados y calculos
1) Variación de µ vs τ
1.1 Dispersion de Bentonita (8%)
Dispersión de Bentonita (8%)
Sp R2
ω
[RPM]
µ
[cP]
T
%
4 2749.7 27.5
5 2272.8 28.4
6 1943.4 29.2
10 1157.0 28.9
12 993.0 29.7
20 643.5 32.2
30 464.5 34.8
50 315.3 39.5
60 277.2 41.6
100 190.4 47.5
Graficando los datos obtenidos
Grafico 1.1.1: Viscosidad vs Velocidad angular para prueba de dispersión
de bentonita (8%).
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 20 40 60 80 100 120
µ[cP]
ω [RPM]
µ vs ω
Clasificación de dispersión
de bentonita (8%):
FLUIDO PSEUDOPLASTICO

1
Práctica 1
1.2 Muestra de Diesel
Diesel Sp R2
ω
[RPM]
µ
[cP]
T
%
100 17.9 4.5
60 15.8 2.4
50 15.3 1.9
30 14.0 1.1
20 14.7 0.7
12 16.8 0.5
10 17.6 0.4
6 22.7 0.3
5 27.0 0.3
4 32.0 0.3
Grafico 1.2.1: Viscosidad vs Velocidad angular para prueba de diésel.
0
5
10
15
20
25
30
35
0 20 40 60 80 100 120
µ[cP]
ω [RPM]
µ vs ω
Clasificación de
diesel:
FLUIDO
NEWTONIANO

1
Práctica 1
1.3 Muestra de Jarabe de maíz
Jarabe de maíz Sp R5
ω
[RPM]
µ
[cP]
T
%
60 6159.3 922.2224
50 6207.0 77.6
30 6233.8 46.8
20 6295.7 31.5
12 6431.7 19.3
10 6473.8 16.2
6 6646.5 9.9
5 6715.2 8.4
4 6871.8 6.9
3 6998.2 5.2
Grafico 1.3.1: Viscosidad vs Velocidad angular para prueba con jarabe de
maíz.
6100
6200
6300
6400
6500
6600
6700
6800
6900
7000
7100
0 10 20 30 40 50 60 70
µ[cP]
ω [RPM]
µ vs ω
Clasificación de
jarabe de maíz:
FLUIDO
NEWTONIANO

1
Práctica 1
1.4 Dispersión de almidón de maíz (100%)
Almidón de maíz Sp
R5
ω
[RPM]
µ
[cP]
T
%
100 131.2 32.8
60 88.1 13.2
50 78.1 9.8
30 67.6 4.9
20 66.8 3.3
12 82.9 2.5
Grafico 1.4.1: Viscosidad vs Velocidad angular para prueba con almidón de
maíz.
0
20
40
60
80
100
120
140
0 20 40 60 80 100 120
µ[cP]
ω [RPM]
µ vs ω
Clasificación del
dispersión de almidón
de maíz:
FLUIDO
DILATANTE

1
Práctica 1
1.5 Muestra de Jabón líquido
Jabón líquido Sp R3
ω
[RPM]
µ
[cP]
T
%
5 1644.6 8.2
6 1615.5 9.7
10 1582.6 15.8
12 1688.0 20.3
20 1661.7 33.2
30 1644.5 49.3
50 1611.8 80.6
60 1561.0 93.5
Grafico 1.5.1: Viscosidad vs Velocidad angular para prueba con jabón
líquido.
1540
1560
1580
1600
1620
1640
1660
1680
1700
0 10 20 30 40 50 60 70
µ[cP]
ω [RPM]
µ vs ω
Clasificación del
dispersión de
almidón de maíz:
FLUIDO
PSEUDOPLASTICO

1
Práctica 1
1.6 Muestra de Glicerina
Glicerina Sp R3
ω
[RPM]
µ
[cP]
T
%
10 534.4 5.3
12 521.7 6.3
20 498.8 9.9
30 509.1 15.3
50 516.3 26.4
60 544.3 32.9
100 531.1 53.3
Grafico 1.6.1: Viscosidad vs Velocidad angular para prueba con glicerina
490
500
510
520
530
540
550
0 20 40 60 80 100 120
µ[cP]
ω [RPM]
µ vs ω
Clasificación de
glicerina:
FLUIDO
NEWTONIANO

1
Práctica 1
1.7 Muestra de petróleo.
Petróleo Sp R2
ω
[RPM]
µ
[cP]
T
%
1 42.5 0.1
1.5 69.8 0.3
4 51.6 0.5
6 48.2 0.7
10 51.3 1.3
12 48.9 1.5
20 45.4 2.3
30 46.2 3.5
50 54.8 6.9
60 58.9 8.8
Grafico 1.7.1: Viscosidad vs Velocidad angular para prueba con petróleo.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70
µ[cP]
ω [RPM]
µ vs ω
Clasificación de
petróleo:
FLUIDO
NEWTONIANO

1
Práctica 1
1.8 Muestra de Carboximetil Celulosa de Sodio.
CMC Sp R4
ω
[RPM]
µ
[cP]
T
%
1 9773.4 4.9
1.5 1011.9 7.6
4 7787.5 15.6
6 7021.9 21.1
10 5709.8 28.5
12 5345.9 32.1
20 4439.5 44.1
30 3737.1 56.1
50 2936.8 73.4
60 2688.0 80.6
Grafico 1.8.1.: Viscosidad vs Velocidad angular para prueba con CMC
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 10 20 30 40 50 60 70
µ[cP]
ω [RPM]
µ vs ω
Clasificación de
CMC:
FLUIDO
PSEUDOPLASTICO

2
Práctica 1
2) Variación de µ vs T (Temperatura), en una muestra de petróleo
2.1 Cuando la temperatura (T) es 23 ºC
Combinando las tres mediciones obtenemos la siguiente tabla
Graficando los datos obtenidos mediante el viscosímetro Saybolt
Calculando la viscosidad cinemática a partir de los S.U.S.
T (Centígrados) S.U.S
23 98
44 13
55 11
23 98
44 13
55 11
0
50
100
150
0 10 20 30 40 50 60
S.U.S.
T [Grados Centígrados]
S.U.S. vs T
Grafica 2 :
Grafica de S.U.S.
vs T

2
Práctica 1
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60
v[cSt]
T [Grados Centígrados]
ν vs T
S.U.S. es una medida de la viscosidad cinemática definida como el tiempo
en segundos que demora en llenarse de fluido un matraz estándar de 60 ml
cuando escurre el líquido por un orificio calibrado de 1/16” de diámetro
interior. Para calcular la viscosidad cinemática en cSt se utiliza la siguiente
ecuación:
n =
S.U.S.
4.6347
= cSt[ ]
2.1.2.- Cálculo de viscosidad cinemática cuanto T= 23 ºC y S.U.S. =98
@23ºCv =
S.U.S.
4.6347
=
98
4.6347
= 21.1448 cSt
@44ºCv =
S.U.S.
4.6347
=
13
4.6347
= 2.8049 cSt
@55ºCv =
S.U.S.
4.6347
=
11
4.6347
= 2.3734 cSt
Concentrando los valores de la viscosidad cinemática en Centistoke,
obtenemos:
T (Centígrados) S.U.S 𝜈 (𝐶. 𝑆𝑡𝑜𝑘𝑒𝑠)
23 98 21.1448
44 13 2.8049
55 11 2.3734
Grafica 2.1 :Grafica de viscosidad cinemática vs Temperatura
de

2
Práctica 1
Discusión de resultados
A continuación se muestran los resultados obtenidos durante la práctica con los 8
fluidos esta vez ya concentrados para realizar un analisis de los resultados, se
observa que en distintos fluidos hubo una gran variedad de datos “no seguros”
pues el torque no se encuentra entre los parametros (mayor a 15 y menor a 95) ;
es decir aquellas lecturas que esten marcadas de color rojo, no son seguras,
probablemente sean no tan exactas o incluso erroneos.
Dispersión de Bentonita (8%) Diesel
ω µ T ω µ T
[RPM] [cP] % [RPM] [cP] %
4 2749.7 27.5 100 17.9 4.5
5 2272.8 28.4 60 15.8 2.4
6 1943.4 29.2 50 15.3 1.9
10 1157 28.9 30 14 1.1
12 993 29.7 20 14.7 0.7
20 643.5 32.2 12 16.8 0.5
30 464.5 34.8 10 17.6 0.4
50 315.3 39.5 6 22.7 0.3
60 277.2 41.6 5 27 0.3
100 190.4 47.5 4 32 0.3
Petróleo CMC
ω µ T ω µ T
1 42.5 0.1 1 9773.4 4.9
1.5 69.8 0.3 1.5 1011.9 7.6
4 51.6 0.5 4 7787.5 15.6
6 48.2 0.7 6 7021.9 21.1
10 51.3 1.3 10 5709.8 28.5
12 48.9 1.5 12 5345.9 32.1

2
Práctica 1
20 45.4 2.3 20 4439.5 44.1
30 46.2 3.5 30 3737.1 56.1
50 54.8 6.9 50 2936.8 73.4
60 58.9 8.8 60 2688 80.6
Jarabe de maíz Jabón líquido
ω µ T ω µ T
60 6159.3 92.4 5 1644.6 8.2
50 6207 77.6 6 1615.5 9.7
30 6233.8 46.8 10 1582.6 15.8
20 6295.7 31.5 12 1688 20.3
12 6431.7 19.3 20 1661.7 33.2
10 6473.8 16.2 30 1644.5 49.3
6 6646.5 9.9 50 1611.8 80.6
5 6715.2 8.4 60 1561 93.5
4 6871.8 6.9
3 6998.2 5.2
Glicerina
Almidón de maíz Sp R5 ω µ T
ω µ T [RPM] [cP] %
[RPM] [cP] % 10 534.4 5.3
100 131.2 32.8 12 521.7 6.3
60 88.1 13.2 20 498.8 9.9
50 78.1 9.8 30 509.1 15.3
30 67.6 4.9 50 516.3 26.4
20 66.8 3.3 60 544.3 32.9
12 82.9 2.5 100 531.1 53.3
Con lo anterior se cree que el caracterizar reologicamente los fluidos no haya sido
del sencillo, puede que en ciertas graficas se pueda confundir el comportamiento
de los fluidos, por ejemplo en el jabon liquido hay un descenso y posterior mente

2
Práctica 1
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 20 40 60 80 100 120
µ[cP]
ω [RPM]
µ vs ω
Dispersión de Bentonita (8%)
Diesel
Jarabe de maíz
Almidón de maíz
Jabón líquido
Glicerina
un ascenso de viscosidad en la grafica, pero si se analiza la tabla es facil observar
que en las primeras dos lecturas que estan marcadas como mediciones “no
seguras” es cuando la viscosidad del fluido cae, pero cuando en el fluido se mide
una zona donde el Torque sea mayor a 15% se puede ver que la velocidad
angular y la viscosidad se comportan de la forma de los fluidos Pseudoplasticos.
Otro punto importante que hay que mencionar es que las graficas por si solas se
pueden interpretar de manera erronea, por ejemplo para la muestra de Diesel se
obtuvieron datos que al graficarlos, a simple vista la grafica (grafica 1.2.1)
pareciera que muestra el comportamiento de un fluido pseudoplastico, pero sin
encambio graficamos todos los fluidos en una sola grafica, es mas facil distinguir
por la grafica de que tipo de fluido es.
A continuación se muestra una grafica (grafico 3.1) de viscosidad vs Vel. Angular
con las graficas obtenidas de todas las muestras de fluidos, con dicha grafica
clasificar reologicamente los fluidos es un tanto más sencillo.
Grafico 3.1.- Graficas µ vs ω de los 8 distintos fluidos analizados
de

2
Práctica 1
Además es importante mencionar que tanto para el Diesel como el petróleo no se
leyeron lecturas de Torque “seguras”, esto puede que se deba a la capacidad del
viscosímetro, pues con el viscosimetro rotacional se midieron con todos los tipos
de husillos disponibles, no arrojando arrojando resultados, pues con estas
mediciones no se podria saber si son las correctas. Para este tipo de fluidos se
recomendaria emplear otro viscosimetro capaz de medir viscosidades más bajas.
Por otra parte, aunque durante las pruebas en el almidon de maíz solo se
obtuvieron mediciones de torque “no seguras”, se logro caracterizar correctamente
el fluido como un fluido dilatante, pues al incrementar la velocidad de corte la
viscosidad incrementa.
Para el experimento dos con el viscosímetro Saybolt, donde se obtuvo la
viscosidad en S.U.S. a distintas temperaturas, al transformar los S.U.S. se logró
comparar la viscosidad cinemática y su cambio a distintas temperaturas,
permitiendo verificar que cuando un mismo fluido al verse afectado por un cambio
de temperatura su viscosidad va a cambiar, cuando la temperatura aumenta la
viscosidad cinemática disminuye.

2
Práctica 1
Conclusiones
Se observó, analizó y determinó la variación que sufre la viscosidad con el
esfuerzo cortante
Se clasificarón reológicamente diversos fluidos (dispersión de bentonita (8%),
dispersión de CMC (1%), Dispersión de almidoón de maíz, glicerina, jarabe de
maíz, petróleo, diesel y jabón liquido.
Se determinó la viscosidad cinemática del petróleo a distintas temperaturas.
Referencias
Sitio Web: “Tesis- unison”, capitulo I, dirección web:
-http://www.bibliotecadigital.uson.mx/pagindice.aspx?tesis=4122
Sitio Web: “Viscosímetros”, dirección web:
-
http://fluidos.eia.edu.co/fluidos/propiedades/viscosidad/viscosimetrospf.html
González Simón, Tesis: “Diseño mecánico de un equipo para medida de la
viscosidad en fluidos no newtonianos”, Universidad Politécnica de Cartagena ,
2009
Formato digital disponible en:
- http://repositorio.bib.upct.es/dspace/bitstream/10317/960/1/PFC3016.pdf

Practica 1 flujo de fluidos

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