Nuestro proyecto consiste en modelar 3 experiencias basicas utilizando la mecanica de fluidos.
Nuestro primer dispositivo consiste en diseñar y construir de un dispositivo analógico que sea capaz de ilustrar la propiedad de viscosidad de algún fluido determinado, y compararlo con la viscosidad del agua. Idealmente se buscará que el dispositivo sea capaz de medir la viscosidad del fluido requerido. Para ello es necesario establecer una escala, la cual será medida tomando la viscosidad del agua como referencia. Tal dispositivo es llamado “viscosímetro”.
“Un viscómetro (denominado también viscosímetro) es un instrumento empleado para medir la
viscosidad y algunos otros parámetros de flujo de un
fluido. Fue
Isaac Newton el primero en sugerir una fórmula para medir la viscosidad de los fluidos, postuló que dicha fuerza correspondía al producto del área superficial del líquido por el
gradiente de velocidad, además de producto de una
coeficiente de viscosidad”
[1]Existen 3 tipos de viscosímetro: capilares, de rotación y de vibración. Los primeros están compuestos por un tubo muy delgado por el cual escurre el fluido y dependiendo de la velocidad con que lo hace se mide su viscosidad. Los de vibración, determinan la viscosidad mediante una serie de ondas vibratorias aplicadas al fluido en cuestión y su respuesta a ellas. El nuestro será del tipo rotacional, es decir, medirá la viscosidad en base al torque necesario que se debe aplicar para girar un disco.
Un viscosímetro de tipo rotacional, está compuesto por una cámara cilíndrica transparente en donde se vierte el fluido a estudiar. Un disco o lentejuela, usado como referencia de movimiento. Una manivela conectada a un torquímetro, cuyo eje se sumerge en el fluido y que recibe el efecto de la viscosidad aplicada por el fluido como una resistencia al movimiento que se mide en el torquímetro. Estos 3 componentes son dispuestos de la forma que lo muestra la figura 1.
Su funcionamiento es bastante simple: se vierte el fluido en la cámara cilíndrica, se espera que alcance su equilibrio estático, luego se introduce la lentejuela. A continuación se comienza a girar la manivela hasta que la lentejuela alcance velocidad constante y se registra el torque requerido para ello. Luego se calcula la fuerza necesaria para aplicar ese torque, la cual sabemos que estará dada por:
Donde “d” corresponde al largo del mango de la manivela en metros. Una vez calculada la fuerza, y tomando en cuenta que en este caso esa fuerza corresponde al llamado “esfuerzo de corte” pero con sentido contrario, se acude a una tabla, la cual relaciona la velocidad de la lentejuela y la fuerza aplicada. Para nuestro proyecto asumiremos que existe un gradiente de velocidades lineal en el fluido. Con esto en mente, el coeficiente de viscosidad será medido de la siguiente ecuación:
Donde “du”, corresponde a la velocidad de movimiento de la lentejuela que gira a distancia “dy” del centro del recipiente.
Figura 1: “Esquema de viscosímetro rotacional”
[1] Wikipedia, la enciclopedia libre, “viscosímetro” http://es.wikipedia.org/wiki/Viscos%C3%ADmetro
Nuestro segundo dispositivo consiste en poner en práctica la ecuación de Bernoulli a través de un secador de pelo en contacto con una pelota de ping pong. Para llevarlo a cabo debemos asegurarnos que no hayan fuerzas externas actuando en el sistema como podría ser el viento que hay cuando se está al aire libre, por eso hay que asegurarse de cerrar el espacio en que estemos haciendo el experimento.
Notaremos que al mover el secador la pelota seguirá sujeta al fluido por la relación entre velocidades y presiones hasta llegar a un cierto ángulo crítico en que la pelota caerá, nuestro otro objetivo es tratar de determinar ese ángulo crítico.
Finalmente el tercer dispositivo que presentaremos en este proyecto es uno que prueba la capacidad de flujo laminar de ciertos fluidos, consiste en un mecanismo parecido al del torquimetro el cual a una velocidad lenta hace mover una tintura con la cual es facil de apreciar como el fluido no mezcla las capas que lo componen. Subimos un video de youtube el cual permite visualizar una experiencia parcida a la que realizaremos nosotros
