Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica
UNMSM Facultad de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y de Telecomunicaciones
APELLIDOS Y NOMBRES
MATRICULA
CÁCERES PONCE DE DE LEÓN, JAIME MAURICIO MAURICIO HUALLANCA REMÓN, ROBINSON SANDOVAL RODRIGUEZ, CHRISTOPHER
10190164 10190070 10190205
CURSO
TEMA
FISICA II
VISCOSIDAD
INFORME
FECHA DE FECHA DE NOTA REALIZACION ENTREGA
LABORATORIO
NÚMERO
6-10-2011
13-10-2011
04
GRUPO
PROFESOR
JUEVES 4-6 pm
LIC. PABLO ALARCÓN VELASCO
1
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VISCOSIDAD EXPERIENCIA N° 4 I. OBJETIVO: Determinar el coeficiente de viscosidad de un líquido en función de la viscosidad conocida de otro líquido. II. MATERIALES:
Soporte universal
Clamp
Pinza con agarradera
Viscosímetro de OSTWALD
Termómetro
Vaso de precipitados, 1 500 ml.
Probeta graduada de 10ml
Balanza digital
Cronometro
Picnómetro
Líquidos: agua, alcohol y ron
2
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VASO DE PRECIPITADO
SOPORTE UNIVERSAL
PROBETA GRADUADA
TERMÓMETRO
BALANZA DE TRES BRAZOS
CRONÓMETRO
PIE DE REY
VISCOSÍMETRO
III. FUNDAMENTO TEÓRICO: 3
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El gasto Q (rapidez de volumen de flujo) de un líquido está dado por el producto de la rapidez del fluido v por el volumen e control A, Q
A
También se puede encontrar a partir de la ley de Poiseuille, 4 Q V t ( P2 P1 ) R 8 L (1) Donde
V es
el volumen del líquido de viscosidad
un tubo capilar de longitud presiones ( P2
P1 )
L
de radio
Si
( P2
se
4
P1 ) R t
consideran
escurriéndose a través de
sometido una diferencia de
en el tiempo t .
Despejando el coeficiente de viscosidad
R
dos
8VL
líquidos
de
de (1) se tiene, (2) volúmenes
iguales
a
la
misma
temperatura midiendo los tiempo t y t que emplean en atravesar una 1
2
sección transversal del capilar del viscosímetro y recordando que la diferencia de presiones ( P2
P1 )
es proporcional a la densidad
ρ
del
líquido, se establece que, 1
2
Donde: 1 , 2
1
1 t 1
(3)
2 t 2
y son las viscosidades de los líquidos desconocido y conocido 2
son las densidades y t , t son los tiempos respectivos 1
t 1 , t 2
2
son los errores absolutos de los tiempos respectivos
La dependencia entre la viscosidad y la temperatura para un líquido, está dada por la relación,
Ln LnA E RT Despejando el coeficiente de viscosidad Donde:
E :
,
es la energía de activación para el flujo
A:
es una constante
R :
es la constante universal de los gases
T :
es la temperatura (en escala absoluta)
IV. EXPERIMENTO: 4
Ae
E RT
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MONTAJE Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental la Figura 2 PROCEDIMIENTO 1. Determine las densidades del agua destilada, alcohol y ron. Use el picnómetro ( o la probeta de 10ml ) y la balanza digital Ρagua = 0.96 g/ml
Ρalcohol = 0.81 g/ml
Ρron = 0.8 g/ml
2. Vierta agua destilada en el viscosímetro hasta que llene el bulbo C ( figura 2 ) 3. Insufle aire por la rama ancha hasta que la superficie del liquido por la otra rama delgada supere la señal A. Cubra la rama ancha con un dedo; evitara así que el liquido descienda por gravedad. 4. Atención todo el grupo: destape la rama y con el cronometro tomen el tiempo que tarda el liquido en pasar por el menisco, desde la señal A hasta la señal B. Anote los valores en la Tabla 1. Para determinar la viscosidad del liquido desconocido, repita cinco veces los pasos del 2 a 4. 5. Reemplace los valores en la ecuación (3) y evalúe la viscosidad desconocida. η Agua Destilada (T=20OC)=1.005
6. Caliente agua en baño María a la temperatura de 50 oC (utilice el vaso de precipitado grande casi lleno con agua), y repita los pasos anteriores. Anote los valores en la tabla 1 Nota: Apague el mechero antes de sobrepasar la temperatura indicada η Agua Destilada (T=50OC)= 0.0008134
η = η
η
=0.0008134
TABLA 1 5
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T1=25 oC
T2= 50 oC
t1(s)
t2(s)
1
3.47
3.12
2
3.37
3.00
3
3.20
3.00
4
3.37
3.00
5
3.25
3.06
Δt
0.15
0.088
Agua
Leyenda: T=Temperatura ( oC), t=tiempo(s), Δt=error absoluto en la medida de t.
PARA TEMPERATURA 25 oC tprom=3.33
()() ()()()
σ=
σ
√
Ea=√
Δt=
σ=0.096
Ea=0.14
Ei=0.05
Δt=0.15
PARA TEMPERATURA 50 oC Tprom=3.04 σ=0.048
Ea=0.072
Ei=0.05
Δt=0.088
PARA REFORZAR 6
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Repita los pasos anteriores utilizando alcohol y ron. T1=26.6 Alcocol
T2=50 Ron
T1=26.6
T2=50
t1(s)
t2(s)
t1(s)
t2(s)
1
5.56
4.47
1
4.00
3.47
2
5.87
4.41
2
3.93
3.34
3
5.59
4.50
3
3.97
3.53
4
5.88
4.47
4
4.18
3.62
5
5.75
4.47
5
4.10
3.50
Δt
0.201
0.067
Δt
0.104
0.14
PARA RON TEMPERATURA 50 oC Tprom=4.46 Ea=0.045
σ=0.030
Ei=0.05
Δt=0.067
PARA ALCOHOL TEMPERATURA 50 oC Tprom=3.49 σ=0.091
Ea=0.1365
Ei=0.05
Δt=0.14
η = η η η O ron (T=50 C)= η =
O Alcohol (T=50 C)
=
η
V. EVALUACIÓN: 7
=0.0009695 =0.0007546
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1. Determine el coeficiente de viscosidad del agua y del alcohol. ¿A qué factores cree usted que se deba las discrepancias de los resultados obtenidos en comparación con los consignados en las tablas? *Determinación
del
coeficiente
de
viscosidad
del
agua:
*Determinación del coeficiente de viscosidad del alcohol: La gravedad específica tiene un valor adimensional, este cálculo es el mismo para las temperatura de 30 y 40 °C.
Para determinación la densidad del etanol se dice que guarda una relación con la densidad del agua respecto a la gravedad específica calculada, entonces:
Y para una temperatura de 20 °C el agua tiene una densidad de 0.99819 entonces decimos:
DETERMINACIÖN DE LA
DEL ETANOL 100% A 20 °C:
Aplicando la formula de la viscosidad se puede obtener la viscosidad de la muestra: Sabemos que:
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Reemplazando los valores en la ecuación a 20 °C obtenemos la viscosidad del etanol:
Las discrepancias se debieron a los siguientes motivos:
El método del picnómetro es un método muy exacto, además con ayuda de una balanza analítica los valores de los pesos son más exactos y se puede determinar la densidad muy próxima a la teórica para así poder hallar las viscosidades a diferentes temperaturas.
La misma concentración de la solución, nos genero resultados diferentes de viscosidad ya que presentaba un peso molecular bajo (20% en peso) y luego un peso molecular de etanol un poco alto (60% en peso). Esto hizo que la viscosidad varíe en ciertas proporciones con respecto a la muestra pura (100%).
El porcentaje de error tiene mucho que ver con los tiempos hallados con el viscosímetro de Ostwald y la determinación de la densidad de la sustancia pura a una temperatura de 20°C, ya que estos valores luego son utilizados para determinar las viscosidades de las sustancias.
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2. Dependencia de la viscosidad de los líquidos de la temperatura: Usted habrá observado una muy rápida disminución del incremento de la temperatura. En época de verano ¿Qué tipo de lubricante recomendaría para un automóvil? Debido a la dependencia de la viscosidad de los líquidos a la temperatura y tomando en cuenta que en época de verano hay un incremento considerable del calor (temperatura ambiental), se recomendaría el uso de un lubricante (aceite) más viscoso para que no se adelgace (agüe) al punto de no proteger las piezas en contacto en el interior del vehículo.
3. Determine el coeficiente de viscosidad para una mezcla (50% de agua destilada+50% de ron)
4. Enuncia un método para determinar la viscosidad de los líquidos medianamente viscosos y otro para los muy viscosos. Incluya las referencias.
El método de la bola que cae, consiste en determinar el tiempo que tarda una esfera de peso y tamaño conocido en caer a lo largo de una columna de diámetro y longitud conocida del liquido en cuestión.
Con el viscosímetro de Ostwald, que consiste en medir el tiempo que tarda en fluir un volumen conocido de liquido a través de un capilar de longitud y radio conocido.
La ley de Stokes, que es aplicable a la caída de cuerpos esféricos en todos los tipos de fluido siempre que el radio r del cuerpo que cae sea grande en comparación con la distancia entre moléculas.
VI. CONCLUSIONES: 10
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1. Se observa que la viscosidad y la densidad no están relacionadas. Los líquidos con densidades similares pueden presentar viscosidades muy diferentes. Por ejemplo la densidad permanece esencialmente invariable independientemente de la temperatura de un líquido, pero la viscosidad, en general, cambia notablemente con la temperatura. 2. Se observa que generalmente cuanto mayor es la temperatura del medio, menor es la viscosidad del líquido. Es decir hay una relación entre viscosidad y temperatura. VII. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES: 1. No había material suficiente como para que cada grupo haga su experiencia en su mesa correspondiente. 2. Creo que no era la forma correcta de insuflar aire al viscosímetro, creo que debió haber un aparato que haga ese trabajo. VIII. BIBLIOGRAFÍA 1. Sears, Francis W. -Zemansky, Mark W. - Young, Hugh D. Freedman,
J
FISICA
UNIVERSITARIA.
Addison
Wesley
Iberoamericana. 9ª edición Wilmington, Delaware, E.U.A 1998. 2. Serway, Raymond A. Física. Vol. 1. 6º edición. Mc. Graw-Hill. México 1998. 3. Paul Tipler, Física, Edit. McGraw Hill, tomo I. 4. John Mc Kelvey Broth, Howard Grotch, Física para ciencias e ingeniería, Edit. Harla Tomo I. 5. Augurio N. Zavala Trujillo, FÍSICA II.
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