Experiencia N 6 - Viscosidad
Laboratorio de Física IIPágina 2
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
EAP INGENIERÍA INDUSTRIAL
LABORATORIO DE FÍSICA II
PROFESORA : Lic. NAVARRETE SOTOMAYOR, Vanessa
ESTUDIANTE : ARCE ESTEBAN, Stefany Lizeth
CÓDIGO : 10170019
HORARIO : miércoles 10:00 a.m.-12:00 a.m.
FECHA DE ENTREGA: 30/05/12
Ciudad Universitaria, mayo del 2012EXPERIENCIA N°6VISCOSIDAD
EXPERIENCIA N°6
VISCOSIDAD
Este informe está dedicado a nuestra alma máter, la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Universidad del Perú-Decana de América.
Este informe está dedicado a nuestra alma máter, la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Universidad del Perú-Decana de América.
TABLA DE CONTENIDO
Dedicatoria………………………………………………………..2
Introducción………………………………………………………4
Objetivos…………………………………………………………..5
Materiales y Equipos…………………………………………….5
Fundamento teórico…………………………………………….. ..8
Procedimiento………………………………………………… 12
Evaluación………………………………………………………17
Conclusiones…………………………………………………….20
Recomendaciones………………………………………………20
Bibliografía……………………………………………………..21
INTRODUCCIÓN
La viscosidad es la propiedad más importante de los fluidos, y por tanto esta requiere la mayor consideración en el estudio del flujo de fluidos.
Esta es la resistencia que ejercen los fluidos al ser deformado cuando este se aplica un mínimo de esfuerzo cortante. La viscosidad de un fluido depende de su temperatura.
Es por eso que en los líquidos a mayor temperatura la viscosidad disminuye mientras que en los gases sucede todo lo contrario lo contrario.
Existen diferentes formas de expresar la viscosidad de un fluido, pero las más importantes son las siguientes: viscosidad absoluta o dinámica, cinemática, Saybol, Redwoor.
El saber cuan viscoso es una solución permite saber, por ejemplo, su peso molecular, es decir podemos determinar el peso molecular de una solución desconocida gracias al método de viscosidad. El poder estudiar la viscosidad de una sustancia ayuda a concluir cuanto varía con respecto a la temperatura, si es mas viscoso o menos viscoso, etc.
Además ayuda en el área de mecánica de fluidos ya que se puede saber qué tipo de líquido es importante y porque usarlo en algún tipo de máquina para que ésta funcione en óptimas condiciones. O porque usar algún tipo de lubricante para carro a una temperatura específica y porque no usar otro. En fin el conocimiento de la viscosidad trae consigo muchas conclusiones que pueden llevar al éxito de una empresa.
En este informe se explicará el concepto de viscosidad, además de realizar la experiencia para determinar el coeficiente de viscosidad de los líquidos en estudio (agua, ron y alcohol).
En la parte final se muestran los cálculos que evaluarán la eficiencia de la experiencia realizada, algunos datos teóricos adicionales, además de las conclusiones y recomendaciones de la experiencia.
OBJETIVOS
Determinar el coeficiente de tensión superficial de los líquidos utilizados (agua, alcohol y ron)
Conocer el concepto de viscosidad.
Evaluar la influencia de la temperatura sobre la viscosidad.
MATERIALES Y EQUIPOS
1 soporte universal
1 vaso de precipitados, 1500 ml
1 clamp
1 pinza de agarradera
1 viscosímetro de Ostwald
1 densímetro
1 probeta graduada de 10 ml
1 cronómetro
1 termómetro análogico/digital
Líquidos: agua, alcohol y ron
FUNDAMENTO TEÓRICO
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.
Explicación de la viscosidad
Imaginemos un bloque sólido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial (por ejemplo: una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja en dirección paralela a la mesa.) En este caso (a), el material sólido opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se deforma (b), tanto más cuanto menor sea su rigidez.
Si imaginamos que la goma de borrar está formada por delgadas capas unas sobre otras, el resultado de la deformación es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).
Deformación de un sólido por la aplicación de una fuerza tangencial.
En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares características; así, por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con la palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad. Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro también se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara.
Ejemplo de la viscosidad de la leche y el agua. Líquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras.
Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir. Es por ello por lo que llenado un recipiente con un líquido, la superficie del mismo permanece plana, es decir, perpendicular a la única fuerza que actúa en ese momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna.
Si la viscosidad fuera muy grande, el rozamiento entre capas adyacentes lo sería también, lo que significa que éstas no podrían moverse unas respecto de otras o lo harían muy poco, es decir, estaríamos ante un sólido. Si por el contrario la viscosidad fuera cero, estaríamos ante unsuperfluido que presenta propiedades notables como escapar de los recipientes aunque no estén llenos.
La viscosidad es característica de todos los fluidos, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales.
Expresiones cuantitativas
Existen diversos modelos de viscosidad aplicables a sustancias que presentan comportamientos viscosos de diferente tipo. El modelo o tipo de fluido viscoso más sencillo de caracterizar es el fluido newtoniano, que es un modelo lineal (entre el gradiente de velocidades y las tensiones tangenciales) pero también existen modelos no lineales con adelgazamiento o espesamiento por cortante o como los plásticos de Bingham.
Fluido newtoniano
Esquema que permite entender la resistencia al avance de una placa horizontal sobre la superficie de un fluido newtoniano.
En un fluido newtoniano la fuerza de resistencia experimentada por una placa que se mueve a velocidad constante por la superficie de un fluido viene dada por:
donde:
, coeficiente de viscosidad dinámica.
, área de la placa.
, altura del nivel de fluido o distancia entre la placa horizontal y el fondo del recipiente que contiene al fluido.
Esta expresión se puede reescribir en términos de tensiones tangenciales sobre la placa como:
donde es la coordenada perpendicular a la dirección de la velocidad de la placa y dirigida hacia el fondo del recipiente.
Unidades
Medidas de la viscosidad
La viscosidad de un fluido puede medirse por un parámetro dependiente de la temperatura llamado coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad:
Coeficiente de viscosidad dinámico, designado como η o μ.
En unidades en el SI: [µ] = [Pa·s] = [kg·m-1·s-1] ; otras unidades:
1 poise = 1 [P] = 10-1 [Pa·s] = [10-1 kg·s-1·m-1]
Coeficiente de viscosidad cinemática, designado como ν, y que resulta ser igual al cociente entre el coeficiente de viscosidad dinámica y la densidad del fluido. ν = μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el stokes (St).
PROCEDIMIENTO
MONTAJE
Monte el quipo tal como muestra el diseño experimenta de la figura 2.
Determine las densidades del agua, alcohol y ron con el densímetro
AGUA
1 g/cm3
ALCOHOL
0.89 g/cm3
RON
0.87 g/cm3
Vierta agua destilada en el viscosímetro hasta que llene el bulbo.
Insufle aire por la rama ancha hasta que el líquido ascienda por el capilar llenando el bulbo hasta el punto A. Cubra la rama ancha con un dedo, así que el líquido descienda por gravedad.
Destape la rama ancha a fin de que el agua corra y cn el cronómetro tome el tiempo que tarda el líquido en pasar del punto A al punto B, realice este paso 5 veces y anote los valores en la tabla 1.
Repita los pasos anteriores para el alcohol y para el ron/mezcla, asegúrese que el viscosímetro se encuentre limpio antes de verter el líquido.
Seguidamente realice este mismo procedimiento para cada líquido a la temperatura de 50 °C, para ello caliente agua en un vaso de precipitado de 1 litro hasta que tenga la temperatura de 50 °C, sumerja el viscosímetro con el líquido a trabajar en su interior y mida el tiempo que demore en pasar el líquido desde el punto A al punto B y regístrelo en la tabla 1.
Caliente el agua en baño María a la temperatura de 50°C (utilice el vaso de precipitados grande casi lleno de agua), y repita los pasos anteriores. Anote los valores en la tabla 1.
CÁLCULO DE LOS ERRORES
Ea
0.5000
0.5000
0.5000
0.5000
0.5000
0.5000
Desv.
1.1402
0.7071
0.8367
0.7071
0.8367
0.8367
Ei
1.7103
1.0607
1.2550
1.0607
1.2550
1.2550
Error
1.7819
1.1726
1.3509
1.1726
1.3509
1.3509
TABLA 1
AGUA
ALCOHOL
RON/MEZCLA
T amb=23°C
T=50°C
T amb=23°C
T=50°C
T amb=23°C
T=50°C
t agua1 (s)
t agua2 (s)
t alcohol1 (s)
t alcohol2 (s)
t ron1 (s)
t ron2 (s)
1
94
66
249
181
216
176
2
93
66
249
181
216
176
3
92
65
248
180
217
177
4
95
67
248
181
217
177
5
94
66
247
182
215
175
93.6
66
248.2
181
216.2
176.2
t
1.7819
1.1726
1.3509
1.1726
1.3509
1.3509
CÁLCULO DE LOS ERRORES PORCENTUALES
Primero, se hallarán los valores teóricos para los líquidos en estudio, a dos diferentes temperaturas.
AGUA
Los valores teóricos de la viscosidad para seis temperaturas, a continuación:
T (°C)
η (cp)
0
1.792
20
1.005
40
0.656
60
0.469
80
0.357
100
0.284
Por interpolación, la viscosidad a 23 °C es 1.095 cp
Por interpolación, la viscosidad a 50 °C es 0.547 cp
ALCOHOL
Los valores teóricos de la viscosidad para ocho temperaturas, a continuación:
T (°C)
η (cp)
0
1.773
10
1.466
20
1.200
30
1.003
40
0.834
50
0.702
60
0.592
70
0.504
Por interpolación, la viscosidad a 23 °C es 1.184 cp
Por interpolación, la viscosidad a 50 °C es 0.702cp
RON/MEZCLA
Los valores teóricos de la viscosidad para ocho temperaturas, a continuación:
T (°C)
η (cp)
18
0.93
23
0.8
28
0.74
33
0.67
38
0.61
43
0.56
48
0.51
53
0.46
58
0.42
Por interpolación, la viscosidad a 23 °C es 0.8 cp
Por interpolación, la viscosidad a 50 °C es 0.49 cp
Ya que se tienen los valores teóricos a las temperaturas requeridas, se hallarán los valores experimentales y se hallarán los errores porcentuales
η1: viscosidad del agua
ρ1: densidad del agua
t1: tiempo que demorará en pasar de un lado a otro
EVALUACIÓN
Reemplace los valores en la ecuación (3), tomando como dato la viscosidad teórica del agua para la temperatura correspondiente, T amb y 50°C respectivamente, escriba sus resultados en la siguiente tabla.
VISCOSIDAD (cp)
ηagua (T amb)
1.095
ηagua (T=50°C)
0.547
ηalcohol(T amb)
1.292± 0.0243
ηalcohol(T=50°C)
0.667±0.0241
ηron/mezcla (T amb)
1.012±0.0211
ηron/mezcla (T=50°C)
0.584±0.0205
Calcule los errores porcentuales para cada caso. Si el resultado sale mayor al 10%. Justifique
ERRORES PORCENTUALES (%)
ηagua (T amb)
0
ηagua (T=50°C)
0
ηalcohol(T amb)
9.12
ηalcohol(T=50°C)
4.99
ηron/mezcla (T amb)
26.5
ηron/mezcla (T=50°C)
19.18
Investigue acerca de los tipos de lubricantes utilizados en autos y la relación de los lubricantes con la temperatura.
TIPOS DE LUBRICANTES USADOS EN AUTOS
Los aceites multigrado como SAE 5W-30 y 10W-30 son ampliamente usados, ya que se mantienen lo suficientemente fluidos a bajas temperaturas para fluir y tiene la viscosidad (resistencia de un aceite a fluir cierta temperatura) adecuada a altas temperaturas para permitir un funcionamiento adecuado del motor, a excepción de condiciones climáticas extremas.
Tenga presente que los requisitos varían para cada vehículo.
Si la temperatura ambiental más baja es Viscosidad SAE normal para vehículos livianos
0 °C (32 °F) 5W-20, 5W-30, 10W-30, 10W-40, 20W-50
-18°C (0 °F) 5W-20, 5W-30, 10W-30, 10W-40
Menos de -18 °C (0°F) 5W-20, 5W-30
RELACIÓN DE LUBRICANTE CON LA TEMPERATURA
Relación Viscosidad-Temperatura
La viscosidad es inversamente proporción a la la temperatura
La variación de la viscosidad con la temperatura no es igual para todos los aceites.
Índice de Viscosidad
Relación adimensional que mide la variación de la viscosidad de un lubricante con la temperatura.
–Alto IV : pequeñas variaciones de la viscosidad con la temperatura
–Bajo IV : grandes variaciones de la viscosidad con la temperatura
Determine el coeficiente de viscosidad para una mezcla que contenga 50% de agua destilada + 50% de ron.
tiempo=t.alcohol+t.ron2
densidad=ρalcohol+ρron2
η=1.095*1+0.89(93.6+248.2)2*2*1*93.6=0.945
CONCLUSIONES
A mayor temperatura, la viscosidad disminuye.
De la grafica vs a temperatura constante se puede concluir que la viscosidad no depende de su concentración, si no sólo de la temperatura.
Las viscosidades de los líquidos se pueden calcular a partir de las densidades que se calculan para cada temperatura.
Con el viscosímetro de Ostwald se pueden determinar los tiempos en el que el líquido pasa de un punto A a un punto B (desde la parte superior a la inferior del bulbo).
Los líquidos con viscosidades bajas fluyen fácilmente y cuando la viscosidad es elevada el liquido no fluye con mucha facilidad.
La viscosidad y la densidad de las soluciones que se estudian van a depender de las concentraciones que tengan dichas soluciones.
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
RECOMENDACIONES
Tratar de mantener la temperatura constante cuando se trabaja con el viscosímetro Ostwald, para la determinación de las viscosidades de las diversas soluciones que se van a estudiar.
Se deben tomar los tiempos de manera exacta cuando el líquido que se estudia pasa de un punto A a un punto B en el viscosímetro.
Los materiales que se utilizan para las diversas mediciones se deben lavar y secar por completo en la estufa.
BIBLIOGRAFÍA
Crockford H., Navell J., "Manual de Laboratorio de Química Física", 1ra ed, Ed. Alambra, Madrid, 1961, pag 70 – 73.
Glasstone S. "Tratado de química física", 7ma ed, Ed. Aguilar, España, 1979, pag 449 – 452.
DIRECCIONES WEB
http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad
http://taninos.tripod.com/viscosidad.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/viscosidad/viscosidad.html
GRÁFICA η vs T
T (°C)
η (cp)
GRÁFICA η vs T
T (°C)
η (cp)
GRÁFICA η vs T
T (°C)
η (cp)
[Escribir el título del documento]
