laboratorio 1 de mecánica de fluidos

1. Area de Termofluido.
Profesor: Mario Enrique Castillo Leon.
Ayudante: Matías A. Jure Bustamante.
Departamento de Ingenieria Mecánica
Laboratorio Nº1 Viscosidad.
Ing. De Ejecución Mecánica
Codigo de carrera: 2512
Resumen
La primera parte de la experiencia tiene por objetivo determinar el valor de la constante ‘e’,
cifra que representa el efecto de roce propio de un fluido. Para ello utilizaremos un
viscosímetro, el cual tendrá aceite en su interior, y que gradualmente se irá incrementando
su volumen. Debido a esto, el tiempo ‘t’ y la altura ‘l’ irán variando, en contraste de una
masa que se mantendrá constante. Para la segunda parte de la experiencia el objetivo será
diferente, se tendrá que determinar la viscosidad absoluta que presenta el fluido, para ello
se deberá realizar variaciones, como, llenar el espacio entre cilindros completamente y
modificar la masa. Posteriormente para la tercera y última parte de la experiencia se
intentará demostrar el efecto que produce la temperatura en la viscosidad, para hacerlo
modificaremos la temperatura, aumentándola paulatinamente, sin sobrepasar los 90°C, y
manteniendo constante la masa y la cantidad de aceite en el viscosímetro.
Para llevar a cabo estos objetivos se realizaran 5 mediciones en cada una de las experiencias.

2. Mecánica deFluidos 1
Universidad de La Serena
Depto. De Ingeniería Mecánica
Mecánica De Fluidos
Laboratorio Nº1
Viscosidad de un fluido
Fluido
Un fluido se define como una
sustancia que cambia su forma
continuamente siempre que esté
sometida a un esfuerzo cortante,
sin importar que tan pequeño
sea. En contraste un sólido
experimenta un desplazamiento
definido cuando se somete a un
esfuerzo cortante. La figura 1
muestra éste efecto, en la figura
1a, el bloque sólido cambia su
forma hasta un determinado
grado de rectangular abcd a
ab’c’d cuando se le aplica una
esfuerzo cortante Ƭ. En
contraste si este elemento fuera
un fluido ver figura 1b, no
existirá un Δα fijo ni aun para un
esfuerzo cortante infinitesimal.
En lugar de esto persiste una
deformación continua siempre
que se aplique esfuerzo cortante
Ƭ.
(a)
Figura 1: (a) Sólido sometido a una fuerza
cortante, (b) Fluido sometido a una fuerza
cortante.
(b)
Según las formas físicas de
existencia de la materia los
fluidos pueden ser líquidos y
gaseosos. Los fluidos líquidos
tienen volumen definido pero no
una forma definida por el
contrario, los gases no tienen
volumen ni forma definida.
Los fluidos líquidos son
incompresibles debido a que
presentan cambios pequeños en

3. Mecánica deFluidos 2
su densidad a pesar de estar
sometidos a grandes presiones.
Por otro lado los fluidos
gaseosos son altamente
compresibles es decir no pueden
considerarse constante.
Aceite Multigrado
Denominación dada a los
aceites lubricantes para motores
de combustión interna cuando su
viscosidad, si se mide a 0 °F (-18
°C), se halla comprendida dentro
de una de las graduaciones SAE
para invierno (5W, 10W, 20W) y,
si se mide a 210 °F (99 °C),
posee una de las graduaciones
SAE para verano (20, 30, 40,
50). En cambio, en un aceite
monogrado, si la viscosidad
posee una graduación de
invierno, no puede poseer otra
de verano. Los multigrados se
clasifican mediante las siglas de
las graduaciones SAE entre las
cuales se halla comprendida su
viscosidad a las temperaturas de
0 y 210 °F; por ejemplo, son
multigrados los SAE 20W-40,
20W-5Ó, 10W-50, etc.
Viscosidad
Cuando se observa el
movimiento de fluidos se
distinguen dos tipos básicos de
movimiento. El primero es el flujo
laminar aquel movimiento
regular en el que las partículas
del fluido parecen deslizar unas
sobre otras en capas o láminas.
El segundo llamado flujo
turbulento es un movimiento
caracterizado por la aleatoriedad
del movimiento de las partículas
observándose remolinos de
varios tamaños.
Para determinar la viscosidad
consideremos el flujo laminar de
un fluido real que está confinado
a moverse entre dos placas de
extensión infinita, como se ve en
la figura 2.
Figura 2: Diagrama de flujo
Viscosimetro rotatorio
En este tipo de viscosímetro, el
fluido se coloca entre dos
superficies que se mueven a
velocidades diferentes, girando
en torno a un eje común. El

4. Mecánica deFluidos 3
esfuerzo de corte que surgirá al
girar entre ellas debido a la
viscosidad del fluido puede
relacionarse con el torque
requerido para provocar el giro.
Del análisis de las condiciones
geométricas del viscosímetro
pueden encontrarse otras
relaciones que ayuden a obtener
la viscosidad en función de las
distintas dimensiones del mismo.
Instrumentos Utilizados
en el laboratorio Nº1
1.- Viscosímetro rotatorio
Cenco.
Para la presente experiencia
utilizamos un viscosímetro
rotatorio didáctico Cenco modelo
74235. Cullo esquema se
muestra en la figura 3.
Figura 3: Viscosímetro rotatorio
Tabla I: Dimensionesdel viscosímetro
rotatorio Cenco
Datos mm.
a 25,2
b 30
k 16,5
s 1000
El viscosímetro consiste
esencialmente en dos cilindros
metálicos de diferentes
radios,montados en una base
rígida de manera que los ejes de
giro de ambos cilindros sean
concéntricos.El espacFluidio
entre los cilindros sirve como
contenedor para el fluido a
utilizar. El fluido interno
descansa sobre un cojinete de
maneraque pueda rotar con una
fricción mínima.Ajustado a la
parte superior del cilindro
interno,existe un tambor giratorio

5. Mecánica deFluidos 4
que cumple la función de polea.
Una cuerda fina es enrollada al
alrededor del tambor y atada a
su extremo una masa de peso
variable. Cuando se permite que
la masa caiga, la cuerda hace
girar el cilindro interno
generando un roce viscoso entre
ambos tambores, al aplicar las
ecuaciones propuestas
esposible la obtención de la
viscosidad dinámica. El
viscosímetro también dispone de
un calentador de resistencia
eléctrica alojado en lapared del
cilindro externo, que permite
ejecutar las pruebas de variación
de viscosidad cinemática con
respecto a la temperatura.
2.- Fluido a probar.
En nuestro caso sometimos a
prueba a un aceite de motor del
tipo 10W-40. La tabla II, nos
entrega la norma (SAE), utilizada
comunmente para clasificar los
tipos de aceites automotrices.
Tabla II: viscosidades (norma SAE)
La que nos indica que este tipo
de aceite SAE 10W-40, tiene
una viscosidad cinematica al ser
medido a una temperatura de
100ºC que varía de los 12,5
:[cSt]:[ cm^2/s] a los 16,29 :[cSt].
Tabla III: Viscosidades (norma SAE)
En la tabla III, observamos que
el aceite 10W-40 presenta una
viscosidad 7000 :[cP]:[gr/(cm*s)]
cuando se mide a 25 ºC, en el
momento de arrancar un motor y
presenta 60000 :[cP] a una
temperatura de 30 ºC.
3.- Conjunto de pesas de
precisión de 5 gr a 100 gr
(rango 5 gr)
4.- Cuerda para sostener
las pesas.
5.- Pié de metro.
6.- Termómetro.
7.- Cronómetro.

6. Mecánica deFluidos 5
Experiencia Nº1
Determinar el valor del
coeficiente de correción
“e”
Introducción
En la experiencia Nº1 se
realizaron cinco mediciones
controlando la variable “l [mm]”
que muestra la figura 3,
iniciamos con l = 22 [mm] y
finalizamos con un lmax = 92,3
[mm], tomando por cada “l”
nuestra segunda variable que
será el tiempo que tarda la masa
en recorrer la distancia “s” de la
figura 3 previamente fijada. Con
los datos tabulados se procedio
a realizar un grafico para
encontrar la ecuacion de la
recta, con ello determinar “e” que
simboliza el efecto de roce del
cilindro y otras fuentes de
disipación de energía. Toda esta
experiencia se realizó con una
masa constante de 20g.
Procedimiento
1.- Situamos el viscosímetro
sobre una mesa procurando que
estuviera cerca del borde, para
que así la masa pudiese bajar
libremente.
2.- Se vertió dentro de la cavidad
del viscosímetro aceite de motor
del tipo 10W-40 y se procedió a
medir con el pié de metro la
profundidad del fluido dentro de
la cavidad, el primer valor de “l”
que resulto ser 22 [mm].
3.- Luego se enrolló la cuerda en
el tambor rotatorio y se aseguró,
preparamos un cronometro.
4.- Soltamos el seguro y
tomamos el tiempo que tardó la
masa en recorrer la distancia “s”.
5.- Se repitieron 5 veces los
pasos 1,2,3 y 4 obteniendo la
tabla de valores Tiempo / “l”.
Tabla IV:Valores tiempo/l
Tiempo (seg.) l (mm)
1,54 22
5,28 55
7,24 74,1
8,56 86,9
9,3 92,3

7. Mecánica deFluidos 6
6.- Con los datos antes
obtenidos se procedió a generar
un grafico de dispersión.
7. Teniendo nuestro grafico
realizamos un ajuste lineal
obteniendo la ecuación de la
recta.
L = 9,681*T + 7,5309
8.- Para obtener el coeficiente
“e”, se asumio que la variable
independiente “Tiempo” tomó el
valor de 0.
T=0;
→ L= 9,681*0 + 7,5309
→ e = 7,53909 [mm].
Experiencia Nº 2.
Viscocidad absoluta de un
fluído
Introducción
En la experiencia 2 se realizó 5
nuevas mediciones controlando
la variable “Masa (m)” y
tabulando el tiempo que tarda la
misma en recorrer la distancia
“s”, manteniendo la distancia “l”
constante (observar Figura 3).
Formula Utilizada (ec.1):
𝝁 =
( 𝒃 𝟐
− 𝒂 𝟐)∗ 𝒌 𝟐
∗ 𝒈 ∗ 𝒎 ∗ 𝒕
𝟒 ∗ 𝝅 ∗ 𝒂 𝟐 ∗ 𝒃 𝟐 ∗ 𝒔 ∗ (𝒍 + 𝒆)
Procedimiento
1.- Situamos el viscosímetro
sobre una mesa procurando que
estuviera cerca del borde, para
que así la masa pudiese bajar
libremente.
2.- Se llenó la cavidad entre los
cilindros completamente. La
distancia “l=92,3” se mantuvo
durante toda la experiencia 2.
3.- Se colgó de la cuerda la
primera masa (20gr.) y se dejó
caer para tomar el tiempo que
tarda en recorrer la distancia “s”.
4.- Se repetió el paso 3, cuatro
veces. Pero se fue variando la
masa de forma ascendente ( 30,
40, 50, 60gr)
5.- Tabulamos los resultados
obteniendo una tabla de valores
T/m.
0
20
40
60
80
100
0 5 10
l(mm)
Tiempo (seg.)

8. Mecánica deFluidos 7
Tabla V: Valores T/m
Tiempo (seg.) m (gramos)
9,3 20
6,12 30
4,89 40
3,5 50
3,1 60
6.- Dividimos los valores de “m”
para poder obtener la tabla de
datos que utilizaremos para
generar el gráfico de la
experiencia con los recíprocos
de las masas.
Tabla VI: T/recíprocos de m
Tiempo (seg.) 1/m (gramos)
9,3 0,05
6,12 0,03
4,89 0,03
3,5 0,02
3,1 0,02
7.- Graficamos T/(1/m).
8.- Reemplazando los datos
obtenidos para cada una de las
mediciones en la ec. 1
obtuvimos los valores de cinco
viscosidades.
μ1= 0.183559 [Pa*s]
μ2= 0.181191 [Pa*s]
μ3= 0.193033 [Pa*s]
μ4= 0.172704 [Pa*s]
μ5= 0.183559 [Pa*s]
9.- Se obtuvieron los valores de
viscosidad para cada medición.
Posteriormente se determinó el
promedio de la viscosidad del
líquido.
μprom = 0.182809 [Pa*s].
Experiencia Nº3. Variación
de la Viscosidad con
respecto a la Temperatura
Introducción
En esta experiencia se observó
como varía la viscosidad del
líquido a probar, a diferentes
temperaturas. Para ello se utilizó
una masa constante de 30gr. y
un valor de “l” también constante
de 92,3mm. Se procedió a tomar
5 muestras del tiempo que tarda
la masa “m”, en recorrer la
distancia “s”.
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0 5 10
1/m(gramos)
Tiempo (seg.)

9. Mecánica deFluidos 8
Procedimiento
1.- Situamos el viscosímetro
sobre una mesa procurando que
estuviera cerca del borde, para
que así la masa pudiese bajar
libremente.
2.- Se llenó la cavidad entre los
cilindros completamente. La
distancia “l=92,3” se mantuvo
durante toda la experiencia
número 3.
3.- Se amarró al extremo libre de
la cuerda una masa de 30gr.
4.- Se conectó el calentador al
viscosímetro hasta lograr la
temperatura de 40ºC que se
medirá con el termómetro.
5.- Se soltó la masa y se tomó el
tiempo que tarda en recorrer la
distancia “s”.
6.- Se repetió el paso 4 y 5
variando la temperatura de
forma ascendente (50,
60,70,80ºC).
7.- Se obtuvieron los siguientes
datos (tabla VII)
Tabla VII: Tiempo/Temperatura
Tiempo (seg.) Temperatura (ºC)
2,7 40
2,34 50
1,9 60
1,7 70
1,6 80
8.- Se realizó un grafico de
dispersión con los valores de la
tabla tabulada en el paso 7.
Conclusión
Finalizadas las tres experiencias
del Laboratorio Nº 1 que nos
adentró en el inmenso mundo de
una de las ramas más
importantes de la mecánica de
fluidos, como lo es la
viscosidad, estamos en
condiciones de determinar por
nosotros mismos,
experimentalmente, esta
propiedad de los fluidos. Para
ello tuvimos que
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3
Temperatura(ºC)
Tiempo (seg.)

10. Mecánica deFluidos 9
comprometernos con una
herramienta de laboratorio
llamada viscosímetro rotatorio
en torno al cual se basó nuestra
experiencia. Utilizamos un tipo
de lubricante automotriz
denominado SAE – 10W-40. En
nuestra primera experiencia
notamos que el viscosímetro
rotatorio, al ser una maquina,
presentaba disipaciones de
energía, ya sea en roce o demás
factores. Esto hizo necesario
calcular un error “e” con el fin
de hacer más exacto el resultado
que nos entregase la maquina,
para ello realizamos una
tabulación de datos
(Tiempo/Longitud), con lo que
además de obtener “e”
corroboramos que al aumentar el
valor de “l”, en palabras simples,
la cantidad de fluido alojado
entre los dos cilindros,
aumentaba la viscosidad, por
ende aumentaba también el
tiempo que tardaba la masa “m”
en recorrer la distancia “s”.
En la experiencia número 2 ya
se había obtenido el valor de “e”,
por tanto se pasó directamente a
realizar las mediciones
necesarias para obtener la
viscosidad. Según la Ecuación
1, era necesario generar un valor
“m” (las combinaciones de
pesas) para tomar el tiempo “t”
que tardaría en recorrer la
distancia “s”. Con “m” y “t”
tabulados, no era necesario
generar ningún otro valor para
obtener el resultado de la
ecuación ya que a,b,k,g,s,l y el
error, eran valores constantes. Al
realizar el grafico notamos la
relación inversamente
proporcional que existía entre la
masa y el tiempo, ya que a una
mayor masa era menor el tiempo
que se tardaba en recorrer la
distancia “s” algo que es
evidente al observar la formula
que estamos trabajando. En el
gráfico “Tiempo/(1/m)” se puede
apreciar una recta casi exacta,
que al ser a una regresión lineal
nos da un coeficiente de relación
de 0.99… bastante aproximado
a 1 lo que nos dice que el fluido
probado presenta un
comportamiento newtoniano, al
mantener la temperatura y “l”
constante, teoría que se
desmiente luego con la 3ª
experiencia, ya que al variar la
temperatura el fluido de prueba
manteniendo constante “l” y la
masa “m” varía también la

11. Mecánica deFluidos 10
resistencia a la caída de la
masa, es decir a mayor
temperatura menor es su
viscosidad, se concluye
finalmente que estamos frente a
un fluido no-newtoniano.
Referencias
 http://diccionario.motorgig
a.com
 http://diccionario.motorgig
a.com/diccionario/multigra
do-definicion-
significado/gmx-niv15-
con194902.htm
 Física General II
Estática de Fluidos
Optaciano L. Vásquez
García
 http://es.scribd.com
 http://widman.biz/Seleccio
n/viscosidad.html