Fotos y Esquemas explicativos (Actualización)

Este es el esquema básico del viscosímetro que vamos a construir.

Vemos que se compone de una manivela conectada a un cilidro que estará sumergido en el fluido y que recibirá la fuerza del esfuerzo de corte. Además, aunque no se alcanza a apreciar, se compone de un torquímetro conectado entre el recipiente y la manivela para medir el esfuerzo de corte.

El coeficiente de viscosidad (alpha) será obtenido, de la siguiente forma:

se introduce algun cuerpo de masa despreciable en el fluido cuidando que flote en la mitad.

Con la ayuda de alguna regla o huincha, se mide la distancia de este objeto al cilindro de la manivela.

Luego, se gira la manivela hasta que el objeto haya girado una vuelta completa, registrando el valor del torque medido por el torquímetro, y el tiempo que tarda en hacerlo.

Después de esto el coeficiente de viscosidad se calcula de la siguiente manera:

T*D*t

alpha= -------------

2*Pi*(D+dc)

Con T= torque medido en el torquímetro

D= distancia desde el objeto de masa despreciable al borde del cilindro.

t = tiempo que tarda en dar una vuelta completa.

dc= radio del cilindro de la manivela.

Organización

En nuestro grupo de trabajo nos dividiremos las tareas de la siguiente manera:

- En la construcción de nuestro dispositivo estaremos involucrados todos y solo trabajaremos cuando estemos los 4 integrantes del grupo juntos.
- En el desarrollo de los informes para la distintas entregas trabajaremos en parte juntos y parte del trabajo lo dividiremos, pero eso se decidirá cuando estemos desarrollando cada informe. El primer informe lo hicimos todos juntos.
- Ricardo Pérez: Encargado del desarrollo (creación y actualización) de la página web ya que tiene mayores conocimientos en computación.
- Exequiel Munita: Encargado de hacer el video (en el cuál debe notarse claramente el funcionamiento del dispositivo y las características del fluido elegido) y subirlo a YouTube.
- Rodrigo Candia: Encargado del diseño del poster explicativo, el cuál deberá contener la descripción física del proyecto elegido y la relación con la materia vista en clases. Además de algunas utilidades en la vida diaria.
- Rodrigo Vergara: Encargado de obtener todos los materiales necesarios para la confección del dispositivo (entre los que se incluyen el torquimetro, el cilindro y el fluido mismo).

Cantidad de tiempo dedicado al proyecto por persona:

- Ricardo Pérez: Serán aproximadamente 4 horas la construcción de la página y 2 horas cada actualización que haga a fin de cada mes.
- Exequiel Munita: Será un trabajo de 2 horas grabando el video (hay que considerar que hay que grabarlo hasta que el video esté perfecto) y luego otra hora en subirlo a YouTube (nadie del grupo sabe como hacerlo así que tendrá que averiguarlo).
- Rodrigo Candia: Serán cerca de 5 horas haciendo el poster explicativo.
- Rodrigo Vergara: Será toda una tarde en conseguir todos los materiales.

En los trabajos colectivos seguramente nos demoraremos más, quizás varias semanas en la construcción del dispositivo (unas 2 semanas trabajando 1 hora al día) y varios días en el desarrollo de los proyectos (6 horas totales por proyecto).

Estimación de costos:

- Torquímetro: 5000 pesos.
- Maicena y agua: 3000 pesos (se comprará de sobra por si algo se pierde en el desarrollo del proyecto).
- Cilindro: gratis (lo conseguimos de alguna casa).
- Póster: gratis (Rodrigo Vergara lo aporta de su casa), el precio de este en una librería es cercano a los 800 pesos.

Dispositivo

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

Temas y Elección

El ilustrar algunos conceptos o aplicaciones de la mecánica de fluidos se puede abordar desde una infinidad de áreas. Hemos visto en clases una gran cantidad de propiedades de los fluidos que dan para mucha investigación.
Para decidir sobre el tema de nuestro proyecto enumeramos una gran cantidad de experimentos a elaborar y dispositivos para fabricar que captarían nuestro interés ingenieril. Dentro de estos proyectos propuestos apareció la elaboración de distintos dispositivos que funcionarían en base a las propiedades de los fluidos no-newtonianos y también, diversas formas de comparar viscosidades; de distintos fluidos y a distintas temperaturas.
Finalmente, considerando nuestro gran interés en la viscosidad y sus características, nos decidimos por diseñar e ilustrar el dispositivo que compararía las viscosidades de diferentes líquidos.
Optamos por este tema pensando en la importancia de las aplicaciones que se le puede dar a un fluido con una viscosidad determinada. Vimos que en la vida diaria nos enfrentamos a fenómenos que se explican al conocer la propiedad de viscosidad de los fluidos como por ejemplo, el simple hecho de que es más difícil salpicar leche que agua al verterlos en un recipiente, debido a que el primero tiene mayor viscosidad.
De acuerdo a las aplicaciones útiles que se le podría dar a este conocimiento, pensamos en el ahorro de energía, y es aquí el punto que nos entusiasmaba a seguir investigando sobre el tema y que pensamos, podría influir a futuro en el área de la ingeniería en la que profundizaríamos. Es sabido que para una bomba, es más fácil extraer agua que aceite de cocina, ¿por qué?, diferencias a nivel de viscosidad. Sabemos que para evitar el desgaste de engranajes o tuberías se utiliza un determinado aceite y no otro líquido, ¿por qué?, ¡porque su viscosidad es la apropiada!
Quizás también, elegimos este tema, porque surgieron dudas por aclarar, como el por qué es más fácil resbalarse con aceite que con agua si supuesta mente el aceite debiera oponer mayor resistencia a la velocidad; haciendo alusión al hecho de que el aceite es más viscoso y es necesario un mayor esfuerzo de corte para perturbarlo.
En cuanto a la relación entre el tema elegido y la mecánica de fluidos resulta evidente que el comportamiento mecánico de un fluido es determinado considerablemente por su viscosidad además de otros factores. La oposición que un fluido ofrece ante las deformaciones tangenciales es la viscosidad.
“Por otra parte, todos los fluidos poseen viscosidad, por lo que los flujos viscosos resultan de la mayor importancia en el estudio de mecánica de fluidos”.[1]
Esperamos desarrollar profundamente, gracias a este proyecto, nuestros conocimientos sobre la viscosidad de los fluidos y elaborar un dispositivo que motive nuestro estudio y nos de para mucha investigación. Ojala podamos añadir experiencias al proyecto y jugar con más variantes de la mecánica de fluidos.
[1]Conceptos Fundamentales De Mecánica De Fluidos: http://www.monografias.com/trabajos10/resumen/resumen.shtml

Integrantes del Grupo

Nombre: Ricardo Andrés Pérez Brunet.
Carrera: Ingeniería Civil de Industrias con Diploma Académico en Ingeniería Eléctrica.
Año: 3° año.
Especialidad: Área Eléctrica.
Intereses: Funcionamiento de las máquinas eléctricas, automatización, circuitos eléctricos, distribución de redes eléctricas, comportamiento de las personas en la empresa, trabajo social, derechos humanos y del trabajador, negocios, relación con la sociedad, conciencia social.

Nombre: Rodrigo Andrés Gustavo Candia Silva.
Carrera: Ingeniería Civil de Industrias con Diploma Académico en Ingeniería Mecánica.
Año: 3º año.
Especialidad: Área Mecánica.
Intereses: Ser capaz de solucionar problemas que impliquen una alta complejidad en cuanto a sistemas mecánicos, para así poder servir de mejor manera al país, bien siendo empresario como empleado, Maquinas, automóviles, turbinas, relaciones publicas, políticas éticas de comportamiento de la empresa.

Nombre: Exequiel Del Carmen Munita Del Valle.
Carrera: Ingeniería Civil de Industrias con Diploma Académico en Ingeniería Mecánica
Año: 3º año.
Especialidad: Área Mecánica.
Intereses: Existe la posibilidad de que termine siendo un Ingeniero Industrial en transportes. Me siento muy a gusto con la carrera y tengo suficiente tiempo para dedicarme a mis amistades, a los deportes y al escultismo.

Nombre: Rodrigo Vergara Lira.
Carrera: Ingeniería Civil de Industrias con Diploma Académico en Ingeniería Hidráulica.
Año: 3° año.
Especialidad: Área Hidráulica.Intereses: Hidráulica, Funcionamiento de las represas hidráulicas, relacion de la energía hidráulica con el medioambiente, macroeconomía, conservación del medioambiente en general, trabajo social.

OPCIONES DE PROYECTOS

Nuestro proyecto fue la elección de muchas ideas que se nos fueron ocurriendo de como podríamos probar de la mejor manera posible, alguna propiedad fundamental de los fluidos y que ojala se pudiera realizar algún invento útil con esta propiedad.

Nuestra primera idea fue algo muy simple pero a la vez muy sorprendente, la idea es, en una bolsa ziploc colocar maicena con un huevo dentro y dejar caer esta bolsa desde una altura razonable talque el huevo sólo se quebraría, pero al tener el revestimiento de maicena podríamos ver que este permanecerá intacto. Esta es una manera de ver como la maicena puede actuar como armadura para golpes a harta velocidad.

Una segunda idea fue la de crear lo que podríamos llamar un viscosímetro, esto nos pareció sumamente importante de realizar pues nos parece que el analizar el comportamiento de la viscosidad a medida que se cambia la temperatura es un tema que vemos todos los días, por ejemplo en los autos en donde el aceite del motor se calienta cambiando sus propiedades y su resistencia al movimiento, además se nos ocurrió hacer un experimento súper simple para probar esta propiedad.

Otro proyecto, teniendo como objetivo la innovación tecnológica, fue el intento de hacer un regulador de aceleración de autos, este es un dispositivo que ocupa la propiedad de los fluidos no newtonianos que es el hacer mas resistencia en la medida que se le aplica más velocidad al fluido, este dispositivo, seria una goma ubicada atrás del pedal que obligaría al conductor a acelerar más progresivamente así impidiendo hacer carreras y mejorando el rendimiento de bencina, haciendo más lenta la aceleración.

La última opción de proyecto fue el hacer un torquímetro, así como la importancia de ver el comportamiento de la viscosidad respecto de la temperatura, decidimos que aún más importante, y engloba todo lo anterior, es el poder relacionar la fuerza aplicada con la viscosidad, y eso es lo que buscamos en este proyecto, el como los distintos fluidos se comportan ante un esfuerzo de corte aplicado.