INFORME DE LABORATORIO N° 03 FENÓMENOS DE TRANSPORTE

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TEMA: Determinación Determinación de la densidad.

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ALUMNO: Shedy Mireyha Mireyha Bustinza Ochoa.

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DOCENTE: Edith Palma Palma Tello.

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CURSO: Fenómenos de transporte.

 CÓDIGO:

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161621

SEMESTRE: Quinto.

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FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍ A QUÍMICA – FENÓMENOS DE TRANSPORTE

1. INTRODUCCIÓN: El presente informe pretende enseñar y establecer de una forma sencilla qué es densidad, así como también algunos métodos para obtener el volumen y la masa y a partir de ellos calcular la densidad de algunos líquidos, o simplemente enseñarnos cuál es el manejo adecuado para usar un instrumento especializado en la medición de esta propiedad. Además, este reporte contiene detallado paso a paso cada uno de los procedimientos realizados durante cada experimentación, que permitió medir las densidades de todas las muestras. La densidad es una propiedad básica de cualquier líquido, y se define como su masa por unidad de volumen. Las unidades más comunes de la densidad son g/ml y kg/m 3. En el caso concreto del agua, su densidad es 1g/ml o bien 1000 kg/m3. Existen diversos métodos de determinación de la densidad de un líquido, explicados en el presente informe, entre los cuales tenemos: el método del picnómetro que ofrece cierta sencillez, el método de la probeta, entre otros. Estos procedimientos permiten el cálculo de la densidad de cualquier líquido a través de diferentes métodos e instrumentos. Además, para obtener resultados fiables, se requiere cierta destreza y tener en cuenta algunas precauciones. Del mismo modo, es importante tener en cuenta que, puesto que los líquidos varían su volumen con la temperatura, la densidad también sufre ésta variación.
















2. OBJETIVOS: 2.1. Objetivo General: 

Medir la densidad densidad de líquidos a temperatura constante constante y presión local, mediante el empleo de diferentes métodos e instrumentos.

2.2. Objetivos Objetivos Específicos: Determinar la densidad para los líquidos de prueba mediante el

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picnómetro, probeta, botella de inyectable y ecuaciones empíricas. Analizar, a partir de los resultados experimentales, cuál de los

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métodos es el más exacto para medir la densidad de los líquidos. 

Identificar los factores que que podría afectar las mediciones mediciones a realizar realizar para determinar la densidad.

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Conocer los diversos tipos de métodos e instrumentos que se utilizan para medir las densidades de diferentes líquidos.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO: 3.1. FLUÍDO: Visto desde la Mecánica de Fluidos, la materia sólo puede presentarse en dos estados: sólido y fluido. La diferencia entre ambos es perfectamente obvia para el lego y es un ejercicio interesante preguntar a alguien que explique esta diferencia en palabras. La distinción técnica radica en la reacción de ambos a un esfuerzo tangencial o cortante. Un sólido puede resistir un esfuerzo cortante con una deformación estática; un fluido, no. Cualquier esfuerzo cortante aplicado a un fluido, no importa cuán pequeño sea, provocará el movimiento del fluido (White F., 2003). Del mismo modo Crespo A., (2006), afirma: que este se mueve y se deforma continuamente mientras se siga aplicando el esfuerzo cortante. Como corolario, podemos decir que un fluido en reposo debe
















esta condición, el círculo de Mohr se reduce a un punto y no hay esfuerzo cortante en ningún plano que corte al elemento en cuestión. 2.1.1. FLUJO LAMINAR: Se llama flujo laminar al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse. Las capas adyacentes del fluido se deslizan suavemente entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que este flujo es aerodinámico. Ocurre a velocidades relativamente bajas o viscosidades altas como veremos (I. Martín, R. Salcedo, R. Font.,2011). 2.1.2. FLUJO TURBULENTO Se llama flujo turbulento cuando se hace más irregular, caótico e impredecible, las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos. Aparece a velocidades altas o cuando aparecen obstáculos abruptos en el movimiento del fluido (I. Martín, R. Salcedo, R. Font.,2011).

3.2. DENSIDAD: La densidad es una propiedad intensiva de la materia, es decir, no depende de la cantidad de sustancia, no obstante, si depende de la temperatura. Puesto que el estudio de la mecánica de fluidos trata típicamente con un
















volumen dado del fluido. Así pues, la propiedad de densidad se define de la manera siguiente: La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia.

Por consiguiente, utilizando la letra griega p (rho) para la densidad,

En donde V es el volumen de la sustancia cuya masa es m. Las unidades de densidad son kilogramos por metro cúbico o gramos por mi lilitro en el Sistema Internacional (SI) y slugs por pie cúbico en el Sistema Británico de Unidades (Mott R., 1996), por ello, los volúmenes de los líquidos se miden en pipetas, buretas y probetas. Debemos considerar, que si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos la densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se considera una sucesión pequeños volúmenes decrecientes ∆V k (Convergiendo hacia un volumen muy pequeño) y estén centrados alrededor de un punto, siendo ∆m k la masa

contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la densidad en el punto común a todos esos volúmenes:

(Mickel y Grotch, 2005) Además, la densidad de los líquidos es casi constante; la densidad del
















general, los líquidos son tres órdenes de magnitud más densos que los gases a presión atmosférica. El líquido más pesado es el mercurio, y el gas más ligero, el hidrógeno. Compare sus densidades a 20 °C y 1 atm: 

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Mercurio: ρ = 13.580 kg/m3 Hidrógeno: ρ = 0,0838 kg/m 3

¡Ambas difieren en un factor de 162.000! Así pues, los parámetros físicos pueden variar considerablemente entre los distintos líquidos y gases. Estas diferencias suelen resolverse mediante el uso del análisis dimensional. (White F., 2003).

Tabla de densidad de sustancias comunes.

(Los valores de densidad están dados a temperatura ambiente y una atmósfera de presión: la presión atmosférica promedio a nivel del mar. La densidad de sólidos y líquidos cambia muy poco, pero la de los gases cambia en forma notable con los cambios de temperatura y presión (Whitten K., Davis E., Peck L., Stanley G., 2004).) 2004). ) 3.2..1. TIPOS DE DENSIDAD:


















entenderse en el sentido de densidad absoluta. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm 3 o g/ml para líquidos y sólidos, significa además la determinación que se realiza en vacío, sin que exista el efecto de flotación en el aire (Chen, 1993).

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La densidad densidad relativa, de una sustancia expresa la relación entre su densidad y una densidad de referencia (agua), ambas a la misma temperatura, t emperatura, resultando una magnitud adimensional y, por tanto, sin unidades.

La densidad del agua es de 1.000 g/ml a 3.98°C, temperatura a la cual la densidad del agua es la máxima (Para cálculos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a presión de 1 atm y la temperatura de 4°C). Sin embargo, la variación de la densidad del agua con los l os cambios de temperatura es lo suficientemente pequeña que podemos usar 1.00 g/ml hasta 25°C, sin cometer errores significativos en nuestros cálculos (Whitten K., Davis E., Peck L., Stanley G., 2004).


















Por ejemplo, la densidad relativa del mercurio (Hg) es S Hg= 13.580/1000 P 13,6. Para los ingenieros resulta más sencillo recordar estos valores que los valores numéricos exactos de la densidad de los distintos fluidos. 

Densidad media media y puntual; para un sistema homogéneo, la expresión masa/volumen puede aplicarse en cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado. Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes diferente. En este caso, hay que medir la “densidad media”, dividiendo la masa del objeto por su volumen o la “densidad puntual” que será distinta en cada punto, posición o porción “infinitesimal” del sistema, y que vendrá

definida por:


















Densidad aparente y real, la densidad aparente es una

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magnitud aplicada en materiales porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia normalmente más ligera, de forma que la densidad total del cuerpo es menor que la densidad del material poroso si se compactase. En el caso de un material mezclado con aire se tiene:

La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación. La densidad aparente del suelo (Da) se obtiene secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105°C hasta peso constante.

Donde:


















La Sociedad Norteamericana para Pruebas y Materiales (ASTM [American Society for Testing and Materials]) ha publicado varios

métodos estándar de prueba para medir densidad, que describen recipientes cuya capacidad se conoce exactamente, llamados picnómetros. En estas normas se determina la forma apropiada de llenar,

manejar, controlar la temperatura y hacer lecturas en estos dispositivos. Dos de ellos son el picnómetro de Bingham y el picnómetro bicapilar de Lipkin. Las normas también exigen la determinación precisa de l a masa

de los fluidos que se encuentran en los picnómetros al 0.1 mg más cercano, utilizando una balanza analítica (Mott R., 2010). Sin embargo, existen variables que pueden influir en la determinación de la densidad, podemos considerar el peso del objeto y el volumen que ocupa en el espacio, también llega a influir la presión ambiental y la temperatura, debido a que estos dos últimos pueden llegar a variar el volumen del objeto. Es muy fácil alterar la densidad de un gas, o incluso de un líquido, simplemente aumentando la presión (reduciendo el volumen) a la que estén sometidos, pero es complicado cambiar la densidad de un sólido. Así entonces, definiremos algunas de las variables que pueden influir en la determinación de la densidad. 3.3. PESO ESPECÍFICO: El peso específico es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia.


















en el SI y libras por pie cúbico (lb/pies') en el Sistema Británico de Unidades. A menudo resulta conveniente indicar el peso específico o densidad de un fluido en términos de su relación con el peso específico o densidad de un fluido común. Cuando se utiliza el término gravedad específica, el fluido de referencia es el agua pura a 4 ºC. A tal temperatura, el agua posee su densidad más grande. Entonces. La gravedad específica puede definirse en cualesquier dos maneras: a) La gravedad específica es el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad del agua a 4 ºC. b) La gravedad específica es el cociente del peso específico de una sustancia entre el peso específico del agua a 4 °C. En general, la densidad (y por tanto el peso específico y la gravedad específica) disminuye cuando aumenta la temperatura. En el apéndice A se enumeran las propiedades del agua a diferentes temperaturas. Y en los apéndices B y C se enumeran las propiedades de otros líquidos a unas cuantas temperaturas seleccionadas. La AS1M se refiere también a la propiedad de la gravedad específica como densidad específica (Mott R., 2010). 3.4. RELACIÓN ENTRE DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO:




















gravedad específica, utilizando la ecuación que relaciona masa con peso, w = mg. La definición de peso específico es:

Al multiplicar por g tanto el numerador como el denominador de esta ecuación obtenemos:

Pero m = w/g. Por consiguiente, tenemos:




















°R = °F + 459,69 K = °C + 273,16 Si las diferencias de temperatura son fuertes, la transferencia de calor puede ser importante, si bien aquí nuestro interés se centra en la dinámica (White F., 2003). 3.6. GRADOS BRIX: Para la medición de concentraciones en la industria de bebidas se utiliza el refractómetro. Este permite determinar con exactitud el extracto total que se ofrece en grados Brix (ºBx). El principio de medición m edición se basa en la refracción de la luz (roto del latín: fractus) creada por la naturaleza y la concentración de los solutos (por ejemplo el azúcar). Es por esto que un refractómetro mide indirectamente la densidad de los líquidos. La unidad de medida °Bx (grados Brix) lleva el nombre de Adolf F. Brix, un científico del siglo XIX. Según esa escala, 1 ºBx correspondería a un índice de refracción de una solución de sacarosa en agua al 1%. 1 °Bx = 1,3345 nD = 1.0039 SG20/20




















°Bx corr. = Resultado de medición tras la corrección ácida. (Hough J., Briggs D., Stevens R., Young T., 1971) 4. MATERIALES: 

Néctar (Frugos)



Agua destilada





Yogur (Gloria)

Termómetro
























Refractómetro

Botellas de inyectables



Probeta





Vaso de precipitado

Balanza digital (10ml.)



Cepillos




















Antes de iniciar la prueba, debemos materiales limpiarlos

alistar

todos

los

necesarios

y

para

una

mayor

precisión en los resultados. Al iniciar la prueba debemos pesar la probeta vacía en la balanza para los posteriores cálculos, siendo este peso de 43.47 g., se deben registrar 5 datos de pesado desde los 2 ml hasta los 10 ml de agua destilada. Con ayuda de la pipeta añadiremos 2ml iniciales a la probeta,

seguidamente

pesamos la probeta con los 2






















Repetimos el proceso anterior, con ayuda de la pipeta añadiremos 2ml más a la probeta

con

anterior,

la

muestra

seguidamente

pesamos la probeta con los 6 ml de agua destilada dando un total de 49.31 g.

Con

ayuda

de

la

pipeta

añadiremos 2ml más a la





















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PARA EL NECTAR: Antes de iniciar la prueba, debemos materiales limpiarlos

alistar

todos

los

necesarios

y

para

una

mayor

precisión en los resultados. Al iniciar la prueba debemos pesar la probeta vacía en la balanza para los posteriores cálculos, siendo este peso de 43.47 g., se deben registrar 5 datos de pesado desde los 2 ml






















Repetimos el proceso anterior y con

ayuda

de

la

pipeta

añadiremos 2ml más a la probeta con la muestra anterior, seguidamente

pesamos

la

probeta con los 6 ml de néctar dando un total de 49.43 g.

Otra vez, con ayuda de la pipeta añadiremos 2ml más a la probeta con la muestra anterior,






















PARA EL YOGUR: Antes de iniciar la prueba, debemos materiales limpiarlos

alistar

todos

los

necesarios

y

para

una

mayor

precisión en los resultados. Al iniciar la prueba debemos pesar la probeta vacía en la balanza para los posteriores cálculos, siendo este peso de 43.47 g., se deben registrar 5 datos de pesado desde los 2 ml






















Nuevamente, con ayuda de la pipeta añadiremos 2ml mas a la probeta con la muestra anterior, seguidamente

pesamos

la

probeta con los 6 ml de yogur dando un total de 50.42 g.

Repetimos el proceso anterior y con

ayuda

de

la

pipeta
























5.2. EXPERIMENTO N° 02 – METODO DEL PICNOMETRO:

NOTA: Antes de cada prueba, lavar y enjuagar el picnómetro con agua destilada. Si está limpio el agua debe quedar adherida a las paredes en forma de gotas. Si lo hace es necesario lavarlo con una solución
























PARA EL NECTAR: Antes de iniciar nuestra segunda prueba, volvemos a limpiar adecuadamente

todos

los

materiales a usar. Al iniciar la prueba debemos
























39.44 g., añadiremos yogur y se registrara el dato.

Con

ayuda

de

la

pipeta

llenaremos el picnómetro con yogur, para así pesarlo, siendo
























Inicialmente debemos limpiar y alistar

adecuadamente

los

materiales necesarios a usar. A continuación, pesamos la botella de inyectable en la balanza

analítica,

para
























Posteriormente, debemos llenar la botella de inyectable con néctar hasta el ras o tope de este, la balanza indica el peso de 19.32 g. y anotamos los datos


























5.4. EXPERIMENTO N° 04 – DENSIDAD DEL AGUA USANDO TABLAS:























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TABLA PARA EL AGUA:























































































































































































































































































































INFORME DE LABORATORIO N° 03 FENÓMENOS DE TRANSPORTE

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