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PRACTICA DE DENSIDAD Y VISCOCIDAD DE UN LIQUIDO
2. INTRODUCCIÓN: INTRODUCCIÓN: La practica de viscosidad es una practica muy importante en el sentido industrial debido a que esta se fundamenta mucho en leyes físicas y químicas que nos permite entender porque tal compuesto es mas espeso que otro, o porque un compuesto es utilizado como lubricante, etc. El saber cuan viscoso es una solución nos 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 nos ayuda a concluir cuanto varia con respecto a la temperatura, si es mas viscoso o menos viscoso, etc. El conocimiento de la viscosidad de un liquido nos ayuda en el área de mecánica de fluidos ya que podemos saber que tipo de liquido es importante y porque usarlo en tal t al maquina para que esta funcione en optimas condiciones. O porque usar tal lubricante para carro a tal temperatura y porque no usar otro. O tal vez en las bebidas como las cervezas, ya que la viscosidad influye mucho en el gusto de la persona, etc. En fin el conocimiento de la viscosidad trae consigo muchas conclusiones que pueden llevar al éxito de una empresa. 3. PRINCIPIOS TEORICOS 3.1 VISCOSIDAD: Los gases y los líquidos tienen una propiedad conocida como la viscosidad, la cual se puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un liquido, resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia. La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del movimiento de una capa de fluido con respecto a otro y es completamente distinta de la atracción molecular. Se puede considerar como causada por la fricción interna de las moléculas y se presenta tanto en gases ideales como en líquidos y gases reales.
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3.2 VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS: Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al flujo que los gases y, en consecuencia, tienen coeficientes de viscosidad mucho mas altos. Los coeficientes de viscosidad de los gases aumentan con la temperatura, en tanto que los de la mayoría de líquidos, disminuyen. Asimismo se ha visto que los coeficientes de viscosidad de gases a presiones moderadas son esencialmente independientes de la presión, pero en el caso de los líquidos el aumento en la presión produce un incremento de viscosidad. Estas diferencias en el comportamiento de gases y líquidos provienen de que en los líquidos el factor dominante para determinar la viscosidad en la interacción molecular y no la transferencia de impulso. La mayoría de los métodos empleados para la medición de la viscosidad de los líquidos se basa en las ecuaciones de Poiseuille o de Stokes. La ecuación de Poiseuille para el coeficiente de viscosidad de líquidos es:
donde V es el volumen volumen del liquido de viscosidad que fluye en el tiempo t a traves de un tubo capilar de radio r y la longitud L bajo una presión de P dinas por centímetro cuadrado. Se mide el tiempo de flujo de los líquidos, y puesto que las presiones son proporcionales a las densidades de los líquidos, se puede escribir como:
Las cantidades t1 y t2 se miden mas adecuadamente con un viscosímetro de Ostwald. Una cantidad definida de liquido se introduce en el viscosímetro sumergido en un termostato y luego se hace pasar por succión al bulbo B hasta que el nivel del liquido este sobre una marca a. Se deja escurrir el liquido el tiempo necesario para que su nivel descienda hasta una marca b y se mide con un cronometro. El viscosímetro se limpia, luego se añade el liquido de referencia y se repite la operación. Con este procedimiento se obtienen t1 y t2 y la viscosidad del liquido se calcula con la ecuación anterior.
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3.3 INFLUENCIA DE LA TEMPERATU TEMPERATURA: RA: El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de u liquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas; mientras en este ultimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, las viscosidades de los líquidos disminuyen invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Se han propuesto numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad y temperatura como por ejemplo:
donde A y B son constantes para el liquido dado; se deduce que el diagrama de log( ) frente a 1/T seta una línea recta. Se pensó en otro tiempo que la variación de la fluidez con la temperatura resultaría mas fundamental que la del coeficiente de viscosidad; pero el uso de una expresión exponencial hace que la opción carezca de importancia. 3.4 DENSIDAD: Se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. La densidad de un cuerpo esta relacionado con su flotabilidad, una sustancia flotara sobre otra si su densidad es menor. La gravedad especifica o densidad relativa esta definida como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4 °C. Se representa la gravedad especifica (Ge) y también se puede calcular utilizando cualquier relación de peso de la sustancia a peso del agua.
3.5 PICNOMETRO: Es un aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancia. También se conoce como frasco de densidades. Consiste en un pequeño frasco de vidrio de cuello estrecho cerrado con un tapón esmerilado, hueco y que termina por su parte superior en un tubo capilar con graduaciones.
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Determinación de la densidad de la solución mediante el método del picnómetro: El picnómetro un ves lavado con agua destilada se pone en la estufa y se deja secar por 10 min. Luego se moja la parte exterior del picnómetro, luego se seca y se pesa en la balaza analítica (W1). Una ves pesado se llena con agua destilada completamente hasta el capilar y se sumerge en un baño de temperatura constante primero a 20 °C luego a 30 °C y finalmente a 40 °C, para cada temperatura su respectiva pesada. Se retira el agua del picnómetro y se seca en la estufa, luego se moja y seca la parte exterior y se vuelve a pesar . Una ves pesado se llena con etanol al 100% y se realiza lo mismo que se hizo con el agua destilada.
B. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA SOLUCIÓN POR EL METODO DEL PICNÓMETRO: P ICNÓMETRO: TABLA 6 DATOS PARA LA DENSIDAD DE UNA SUSTANCIA CUALQUIERA SUSTANCIA masa Masa inicial,g final.g
Diferencia volumen Densidad,g/ml de Masa,g de sustancia, ml
AGUA ACEITE GASOLINA KEROSENE ACPM
6.1 DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA Y DENSIDAD DEL ETANOL 100% A 20 °C: La gravedad específica tiene un valor adimensional, este calculo es el mismo para las temperatura de 30 y 40 °C. Con lo valores de la tabla 6.
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Para determinación la densidad del etanol se dice que guarda una relación con la densidad del agua respecto a la gravedad específica calculada, entonces:
VISCOSIDAD INTRODUCCIÓN : La viscosidad es el valor de la resistencia interna que opone un líquido a fluir. La viscosidad de los líquidos es causada por las fuerzas de cohesión que existen entre las moléculas; en cambio en los gases se debe a los choques o colisiones de las moléculas que los forman, en otras palabras la viscosidad de un fluido se debe al rozamiento interno del líquido. Siempre que un líquido fluye a lo largo de un tubo, la capa de un líquido en contacto con el vidrio permanece más o menos estacionaria y las capas siguientes fluyen sobre ella, de tal forma que en cualquier parte del tubo una capa se desliza sobre otra. La viscosidad de los fluidos se mide con ayuda de un coeficiente. La unidad de este coeficiente recibe el nombre de Poise (P), en honor a Jean Louis Poiseuille, quien estudió el flujo de los líquidos, principalmente la sangre y su viscosidad. Un poise equivale a 0.1 pascal por segundo. Las fuerzas que se oponen al deslizamiento se llaman fuerzas de fricción y son más débiles en los líquidos que en los sólidos, Sin embargo, siempre están presentes. Los gases son menos viscosos que los líquidos. Las fueras de fricción no afectan a los líquidos en reposo, sino únicamente a los líquidos en movimiento, siendo mayores a medida que aumenta la velocidad del fluido. La viscosidad no ocurre solamente en los fluidos líquidos o gaseosos sino también en los sólidos. El vidrio es un líquido aparentemente sólido que tiene una viscosidad muy grande que prácticamente no puede fluir. Otro líquido que parece sólido es la margarina, que se comporta como un sólido, pero si la aplastas o aprietas puedes extenderla con facilidad.
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VISCOSÍMETRO CAPILAR: MEDICION DE LA VISCOSIDAD DE LIQUIDOS OBJETIVO Entender, analizar e identificar la propiedad de viscosidad Exponer a la viscosidad de líquidos y gases como una propiedad de resistencia a fluir Medir indirectamente la viscosidad.
MATERIAL 1 soporte universal 1 pipeta graduada Sustancia a analizar
SUSTANCIAS: Agua de la llave Agua, Aceite, ACPM, kerosene, gasolina, tinner.
PROCEDIMIENTO:
1. Calienta el clavo, haz un orificio pequeño en el centro del fondo de uno de los envases y tapa el orificio con la cinta adhesiva. 2. Marca una escala en centímetros dentro del otro envase (puedes realizarlo sobre una tira de cinta adhesiva y colocarla sobre la superficie del vaso). 3. Sujeta ambos envases al soporte con cinta adhesiva, coloca el envase con la escala en parte inferior. 4. Llénalo con agua el vaso superior. Retira la cinta adhesiva y registra el tiempo que tarda el líquido en alcanzar cada centímetro cuando gotea de un recipiente a otro.
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5. Repite la experiencia con los demás líquidos y ordénalos según su viscosidad.
Observa y registra:
Agua
Aceite
Gasolina común
LIQUIDO
Gasolina
A.C.P.M.
Kerosene
Nro De Medición 1
____ segundos
____ segundos
____ segundos
____ segundos
____ segundos
2
____ segundos
____ segundos
____ segundos
____ segundos
____ segundos
3
____ segundos
____ segundos
____ segundos
____ segundos
____ segundos
4
____ segundos
____ segundos
____ segundos
____ segundos
____ segundos
Escribe en orden decreciente de la viscosidad a los líquidos del experimento
La ecuación que permite relacionar dos líquidos esta dada por : µ1 = 1 x t µ2
2 x t
donde : µ1 y µ2 son son las viscosidades de los fluídos, uno de ellos c onocido, densidades. ser el agua ; y 1 y 2 son las
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LOS LUBRICANTES La variación de la viscosidad de los fluidos con respecto a la temperatura.
La viscosidad es la principal característica de la mayoría de los productos lubricantes. Es la medida de la fluidez a determinadas temperaturas. La medida de la viscosidad se expresa comúnmente con dos sistemas de unidades SAYBOLT (SUS) o en el sistema sist ema métrico CENTISTOKES (CST). Dentro del motor, el aceite debe cumplir dos funciones que tienen requisitos directamente opuestos: Debe sellar los aros y las válvulas, pero también debe reducir la fricción. La viscosidad de cualquier aceite cambia con la temperatura. Cuanto más alta es la temperatura, más baja es la viscosidad³el aceite se hace más ligero. Por el contrario, cuanto más baja es la temperatura, más alta es la viscosidad. Los aceites de baja viscosidad fluyen mejor que los de viscosidad alta. Por lo mismo, en lugares donde el invierno es severo, se debe de usar un aceite ligero en los motores de los automóviles, de baja viscosidad, para que el lubricante corra más fácilmente, sobre todo cuando la máquina esta fría; El fluido de menor peso es más fácil de bombear y, por lo tanto, circula más rápido por las diversas cavidades del motor. Los aceites de baja viscosidad también mantienen una presión de aceite más baja, pero la bomba de aceite suministra un volumen mayor a las cavidades que el que bombearía si el aceite fuera más espeso (mayor viscosidad). Si la viscosidad es demasiado baja la capa lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal-metal. En cambio, durante el verano es conveniente usar un aceite grueso, de gran viscosidad, por que uno liguero se hace muy delgado con el calor y no disminuye la fricción entre los metales. Los aceites más pesados funcionan a temperaturas más altas, por lo que la bomba de aceite debe trabajar con más intensidad para que el lubricante fluya por el sistema. El aceite no se comprime rápidamente, por lo tanto, la presión agregada aumenta la temperatura. Finalmente, el aceite de mayor viscosidad mantiene una presión de aceite más alta, pero la bomba suministra un volumen menor de aceite. Si la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capaz de 8
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llegar a todos los huecos en donde es requerido. Al ser alta la viscosidad es necesaria mayor fuerza para mover el lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de aceite, además de no llegar a lubricar rápidamente en el arranque en frió. Los aceites multigrado se pueden emplear todo el año, pues contienen aditivos que regulan la viscosidad de acuerdo con la temperatura del medio. Los aditivos del aceite y la gasolina se elaboran con polímetros de cadenas de hidrocarburos cortas, unidas por átomos de carbono. Los modificadores de la viscosidad del aceite multigrado son moléculas de cadena larga que reducen el cambio de viscosidad con la variación de la temperatura. En el pasado, los aditivos de polímeros (utilizados para espesar el aceite) a veces eran susceptibles de perder viscosidad. La pérdida de viscosidad permanente se produce cuando fuertes fuerzas de corte (tales como la relación entre los cojinetes principales y el cigüeñal) rompen las moléculas de polímeros en partes más pequeñas y menos efectivas. Afecta la generación de calor entre superficies giratorias (cojinetes, cilindros, engranajes). Tiene que ver con el efecto sellante del aceite. Determina la facilidad con que la maquinaria arranca bajo condiciones de baja temperatura ambiente. Afortunadamente, los paquetes de aditivos actuales han mejorado la resistencia del aceite a la fuerza de corte. Sin embargo, los aceites de distintos fabricantes que tienen el mismo índice pueden presentar diferencias de viscosidad en un motor en operación, conforme a la estabilidad de la fuerza de corte de los aditivos que modifican la viscosidad.
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CUESTIONARIO
1. ¿Qué importancia tiene la medición de la viscosidad de un líquido? 2.¿ Qué importancia tiene la medición e la viscosidad de un aceite lubricante para máquinas y procesos industriales? 3. ¿Qué significa grados de viscosidad SAE, que se ha desarrollado para valoración de aceites de motor y lubricantes? 4. Explique los grados de viscosidad ISO que se utilizan util izan en aplicaciones industriales. 5. Existe alguna otra forma de medir la viscosidad de un líquido. 6. ¿Se puede medir la viscosidad a un sólido y a un gas? 7. ¿Cuáles son las unidades de medida más comunes en la medición de la viscosidad? 8. ¿Cuáles son los equipos de medición de viscosidad y de densidad más usados, y como se miden estas propiedades en ellos? 9. ¿ Qué puede concluir de la práctica de laboratorio? 10. Que tipo de propiedades de la materia son la viscosidad y la densidad de una sustancia?
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