UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ LABORATORIO #3 “Variación “Variación de a !i"c"idad en $%nción de a &e'(era&%ra) A CONSIDERACIÓN DE* C+NT,IA SAMUDIO -.E.3. I SEMESTRE -/.0
VARIACION DELA VISCOSIDAD EN 1UNCION DE LA TEMPERATURA
Francisco Delgado 4Ingeniería Héctor Caballero 82IE11 !"is #$me% 18 de abril de 2(1) !"is #on%ále%
*artici+aci$n *resentaci$n In'estigaciones Cálc"los Diagramas .nálisis /es"ltados Concl"siones 0otal
&, 1(, 1(, 2(,
778-1994 Electromecánica 894-24
(,
4-779-9&
2&, 1(( ,
4-778-&)
'iernes
Introducción: Cuando dos cuerpos se ponen en contacto aparecen fuerzas disipativas en los puntos comunes a ambos, explicadas como la suma de un gran número de interacciones moleculares entre los cuerpos. Este valor macroscópico, de tipo estadístico, se denomina habitualmente fuerza de fricción. Cuando se trata de líuidos o fluidos, las fuerzas de fricción se denominan fuerzas viscosas. En este caso se suele imaginar al líuido como si estuviese compuesto por muchas capas de espesor infinitesimal, ue se deslizan unas sobre otras, como si entre ellas existiese un movimiento relativo. El rozamiento de una capa con otra generaría las fuerzas viscosas ! así cada líuido tendría una particularidad llamada su viscosidad. "e denomina viscosidad a la propiedad ue tienen los líuidos de ofrecer cierta resistencia al movimiento entre dos capas próximas. El m#todo de "to$es, es el m#todo m%s tradicional ! se lo conoce tambi#n con el nombre del m#todo de la esfera descendente. "e emplea para cualuier líuido en general. &ide en forma directa la viscosidad din%mica. Consiste en estudiar el movimiento de una esfera ue cae en un medio viscoso. Cuando un cuerpo se mueve a velocidad relativamente ba'a a trav#s de un fluido tal como un gas o un líuido, la fuerza de fricción puede obtenerse aproximadamente suponiendo ue es proporcional a la velocidad, ! opuesta a ella. (or consiguiente escribimos F f = fricción del fluido =− Knv
El coeficiente de fricción ), depende de la forma del cuerpo. (or e'emplo, en el caso de una esfera de radio *, un c%lculo laborioso indica +ue: K =6 πR El coeficiente , como !a se mencionara, es la viscosidad din%mica. -epende de la fricción interna del fluido la fuerza de fricción entre las diferentes capas del fluido ue se mueven a diferentes velocidades/. µ=
2
2
( ρesfera − ρlíquido ) R g 9 Va
0a velocidad medida experimentalmente debe corregirse mediante la ecuación conocida con el nombre de 0adenburg, debido a ue la esfera se mueve en un medio limitado ! no en un fluido de extensión infinita. (ara ello utilice la fórmula: Va=( 1 + 2.4
D
❑
) vprom
En la "e ϕ es el diámetro interno de la +robeta donde se a determinado la 'elocidad +romedio D3 el diámetro de la esera5
1b'etivos: 2. Interpretar el concepto de viscosidad. 3. -eterminar la variación de la viscosidad en función de la temperatura utilizando el viscosímetro de esfera descendente. Euipo ! &ateriales: ♣4licerina ♣Cronómetro
ue mida en 5,2 ó 5,52 de segundos ♣6na canica o balín lo suficiente peue7o -89. mm/ ♣(robeta de 255 ml ♣*egla ♣;asos +uímicos de 355 ml ♣6n recipiente lo suficientemente grande como para ue ha!a espacio para colocar la botella acostada ♣
♣=oallas
de papel ♣=ermómetro ♣>alanza . .(rocedimiento Experimental: 2. "eleccione la línea de 255 ml ! la de 5ml de la probeta de 255 ml. =oma la medida ! registra la distancia entre las líneas. &ida adem%s el -i%metro interno de la probeta ?3.9cm?? -istancia a recorrer por las esferas. ?23.3 cm? 3. &ida el di%metro de la esfera ue va a utilizar ! calcule #l di%metro promedio ! con este dato el volumen de la esfera. -i%metro promedio de la esfera: ?5.9@ cm? ;olumen de la esfera:
−7 3 4.3489 x 10 m
A. &ida ! registre la masa de la esfera: ??5.992 g?? 9. Con los datos anteriores calcule la densidad ! el peso específico de la esfera. . &ida una cierta cantidad de la glicerina ! p#selo para obtener la densidad del fluido. ;olumen: ?33? ml &asa: ?3B.5A?gramos . Calcule la densidad ! el peso específico del fluido. @.
0iem +o 6 15&
0em+erat "ra C
:elocidad *romedio 6m;s (5(797
Correcci$n de la :elocidad :a 6m;s (511&14
:iscosid ad
(5(((
2
15&(
(51
(5(81
(51174&
15&
(5(797
(511&14
4
15&2
(5(8(2)
(511&9(
&
15&1
(5(8(79
(511))7
&7 (5(2(4 )8 (5((( &7 (5(298 &9 (5(29) )2
1000 000 mL m 26.03 g 1 kg = ( )( )=1301.5 kg / m3 3 v 20 mL 1000 g m
Densidad de la glicerina<
m 0.441 g 3 = = 1014.043 kg / m − 7 Densidad del balín< v 4.3489 x 10 distancia :+rom< tiempo =¿ d =12.2 cm V 1=
V 2=
V 3=
V 4 =
V 5=
−2 12.2 x 10
1.53 −2 12.2 x 10
−2 12.2 x 10
−2 12.2 x 10
1.52 −2 12.2 x 10
= 0.08133 m
m m Va2=( 1.4441 ) 0.08133 = 0.11744 s s
=0.07973 m
m m Va3=( 1.4441 ) 0.07973 = 0.11514 s s
=0.08026
m s
=0.08079 m s
1.51
2
2
( ρesfera − ρlíquido ) R g
2 1014.043 kg
=1<
m m Va1=( 1.4441 ) 0.07973 = 0.11514 s s
s
1.53
(
m s
s
1.50
:iscosidad<
= 0.07973
:a 6Correcci$n de :elocidad<61>254 0.47 cm 2.54 cm '+rom
9 Va
3
3
/ m −1301.5 kg / m ) (
(
9 0.11514 m
2
/ s)
)
2
− 2 ( 9.81 m / s )
0.47 x 10
2
<-(5(((&7
(
2 1014.043 kg
3
3
/ m −1301.5 kg / m )
=2<
(
(
9 0.11744 m
(
2 1014.043 kg
3
3
/ m −1301.5 kg / m )
=<
(
(
9 0.11514 m
(
2 1014.043 kg
3
3
/ m −1301.5 kg / m )
=4<
(
(
9 0.11590 m
(
2 1014.043 kg
=&<
3
3
/ m −1301.5 kg / m ) (
(
9 0.11667 m
−2
0.47 x 10 2
)(
9.81 m
/s )
)(
9.81 m
/s )
2
2
/ s) −2
0.47 x 10 2
2
2
/ s)
2
)
2
/ s) −2
0.47 x 10 2
<-(5(((&7
2
−2 ( 9.81 m / s )
0.47 x 10
<-(5(2(4)8
)
<-(5(298&9
2 2
( 9.81 m / s )
/ s)
<-(5(29))2
22. H+u# crees ue suceder% si enfrías el aceite 0lena un recipiente con agua fría ! coloca la botella con la glicerina adentro. <7ade una docena o m%s de cubos de hielo ! remueve el agua suavemente. -e'a la botella en agua fría durante aproximadamente 25 minutos. Con cuidado, gira la botella aproximadamente cada cinco minutos para ue la glicerina se enfríe en forma pare'a. 23. *epite cinco veces los pasos DG B ! DG F ! registra los datos en la columna correspondiente a la glicerina a temperatura por deba'o de la temperatura ambiente de la tabla. 0uego calcula el tiempo promedio ue tarda la esfera en hundirse en la glicerina fría. *ealice por lo menos tres en nuestro caso solamente fueron dos mediciones/ mediciones a distintas temperaturas. =iempo ue tarda en hundirse una esfera en 23,3 cm de glicerina a temperatura por deba'o de la temperatura ambiente. Ensa!o 2 3 A
=iempo s/ A.53 A.55 A.53
=emp.2
=iempo s/ . .95 .A
=emp. 3
9
3.FF 3.FF =iempo promedio s/
3C
A.559
.9B .9
32.C
.53
(reguntas 2. -eduzca la fórmula de viscosidad de "to$es. 3. -etermine la velocidad de caída promedio de la esfera para cada temperatura. A. -etermine la viscosidad din%mica para cada temperatura obtenida. Compare los resultados obtenidos. 9. 4rafiue viscosidad absoluta vs temperatura. H+u# puede concluir sobre la gr%fica H+u# tipo de relación matem%tica existe entre ambos . 4rafiue la viscosidad absoluta vs tiempo de caída. H+u# puede concluir sobre la gr%fica H+u# tipo de relación matem%tica existe entre ambos
