VISCOSIDAD FREDDY

E.A.P DE INGENIERIA METALURGICA

VISCOSIDAD Informe de Laboratorio

Profesor encargado del curso: Ing. Sósimo Fernández S.

E.A.P Ingeniería Metalúrgica

UNMSM

RESUMEN

El primer experimento trato sobre el cálculo de la viscosidad del agua a partir de un tiempo determinado (60 segundos), temperatura de 20ºC y una altura determinada (12 cm) dándonos un promedio final de 0.9548 cP , en donde el valor teórico de la viscosidad a esa temperatura es 1.005cP, dándonos un % de error de 4.99%. El segundo experimento se realizo a 20º C con una altura de (22 cm) dándonos como resultado un promedio final de 0.9924cP y como error promedio 1.25%. El tercer experime experimento nto se vario la temperatu temperatura ra a 37ºC, con una altura altura (12 cm) dándonos como resultado un promedio final de 0.6869cP, teniendo un valor teórico de la viscosidad a esa temperatura de 0.6791cP, dándonos un % de error promedio de 1.15% El cuarto experimento se se realizo a 37ºC solo solo vario la altura (22 cm) dándonos como resultado un promedio final de 0.6839cP y como error promedio 0.71% Los resultados obtenidos en la experimentación no son exactos debido a los erro errore ress pers person onale ales, s, inst instru rume ment ntal ales es y oper operac acio iona nale less pero pero al enco encont ntra rars rse e nuestros % de error ≤ 5% se considera la experimentación válida. Se pudo hall hallar ar la visc viscos osid idad ad del del agua agua a 20ºC 20ºC y 37ºC 37ºC de mane manera ra expe experim rimen enta tall y compren render su relación inv inversa con la temperat ratura. Al final de la experimentación se cumplieron los objetivos.

Info Inform rmee del del Labor Laborato atori rio o de Fisi Fisico coqu quím ímic icaa

Prof Profes esor or:: Ing. Ing. Sósi Sósimo mo Fern Fernán ánde dezz Salin Salinas as


UNMSM

INTRODUCCION Una de las propiedades más importantes que posee un fluido es la viscosidad, la resistencia del fluido a derramarse o fluir por el interior de un conducto; otra propiedad igual de importante es el caudal, cantidad de fluido que circula en una unidad de tiempo. Fue Jean Louis Marie Poiseuille, en 1846, quien planteó por primera vez una fórmula para la viscosidad y, en su honor, se le nombro Poise a su unidad, por lo cual este laboratorio trata de determinar el caudas y la viscosidad de un fluido.

OBJETIVOS

•

•

•

Determinar el caudal y la viscosidad mediante calculo experimentales Comprender el comportamiento de los fluidos. Obtener datos en forma correcta, manipulando datos y tablas estadísticas.

Informe del Laboratorio de Fisicoquímica

Profesor: Ing. Sósimo Fernández Salinas


UNMSM

MARCO TEORICO 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.

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. Informe del Laboratorio de Fisicoquímica



UNMSM

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 un superfluido que presenta propiedades notables como escapar de los recipientes aunque no estén llenos (véase Helio-II). 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.

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] Ver unidades de viscosidad para tener una idea más exacta del Poise [P].

Coeficiente de viscosidad cinemático, designado como ν, y que resulta ser igual al cociente del coeficiente de viscosidad dinámica entre la densidad ν = μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el Stoke (St). •

LA IMPORTANCIA DE LA VISCOSIDAD CORRECTA La viscosidad es la característica más importante de la lubricación de cualquier maquina. Informe del Laboratorio de Fisicoquímica



•

•

UNMSM

Si la viscosidad del aceite es muy baja para la aplicación, el desgaste es mayor por falta de colchón hidrodinámica. Si la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicación, el consumo de energía es mayor y el desgaste puede ser mayor por falta de circulación.

Solamente la viscosidad correcta maximizará la vida útil y la eficiencia del motor, transmisión, sistema hidráulico o lo que sea la aplicación. Un aceite delgado es menos resistente a fluir, por eso su viscosidad es baja. Un aceite grueso es más resistente a fluir y por eso tiene una viscosidad más alta. Las viscosidades de los aceites normalmente son medidas y especificadas en centistoke (cSt) a 40°C o 100°C. Frecuentemente se habla de esta viscosidad como viscosidad dinámica o viscosidad cinemática. Esto es la viscosidad absoluta dividido por la densidad del aceite. En la práctica es determinada midiendo el tiempo necesario para que pase una cantidad específica de aceite por un tubo capilar por gravedad a 40°C y/o 100°C. Por esta misma definición podemos ver que el aceite más viscoso ofrece más resistencia y consume más energía para moverse y permitir el movimiento de las piezas del motor, reductor, transmisión, sistema hidráulico o cualquier otro sistema

que

tenemos.

Cuando se usa el término “Viscosidad ISO”, se refiere a la viscosidad del aceite en cSt a 40°C (ISO 46 = 46 cSt a 40°C, ISO 150 = 150 cSt a 40°C, etc.). El término “VG” simplemente refiere al Viscosity Grade (Grado de Viscosidad) (VG 46, VG 68, etc.) bajo la norma DIN 51519 (clic aquí para la tabla). Este término tampoco tiene que ver con la calidad o su propósito y en general es redundante porque un aceite ISO VG 46 es lo mismo que ISO 46. El término viene de la época antes de la estandardización por la ISO, cuando se fabricaba VG 29, VG 32, VG 37, etc. Además de la estandardización de rangos de viscosidad por la ISO se determinó que en la mayoría de los casos, el equipo diseñado para VG 29 podría funcionar bien con una viscosidad de 32 cSt a 40°C. La ISO permita una variación de 10% encima y debajo de ese numero para clasificarse así. Por ende, un ISO 32 puede ser entre 28.8 cSt y 35.2 cSt a 40°C. Lo importante es controlar la temperatura operacional y calcular la viscosidad a esa temperatura. Informe del Laboratorio de Fisicoquímica



UNMSM

DATOS Y CALCULOS PARTE EXPERIMENTAL El cálculo del Caudal puede determinarse por la relación del volumen y el tiempo.

Q= V/t EXPERIMENTO Nº1 En el siguiente periodo y condición en cada uno de las pruebas

Tiempo = 60 Segundos Pruebas 1 2 3 4 5

H Altura (cm) 12

Tº = 20ºC Vol. (cm³) 355 352 355 317 351

P = 1atm h (cm) 1,70 1,60 1,65 1,50 1,60

Q (cm³/s) 5,9166 5,8666 5,9166 5,2833 5,8500

EXPERIMENTO Nº2 Tiempo = 60 Segundos

Tº = 20ºC


P = 1atm



Pruebas 1 2 3 4 5

H Altura (cm) 22

UNMSM

Vol. (cm³) 226 242 258 205 240

h (cm) 1.08 1.15 1.3 0.98 0.95

Q (cm³/s) 3.7666 4.0333 4.3000 3.4166 4.0000


Pruebas 1 2 3 4 5

H Altura (cm) 12

Tº = 37ºC

Vol. (cm³) 248 210 200 235 243

P = 1atm

h (cm) 0,80 0,73 0,70 0,75 0,60

Q (cm³/s) 4,1333 3,5000 3,3333 3,9166 4,0500


Tº = 37ºC


P = 1atm



Pruebas 1 2 3 4 5

H Altura (cm) 22

UNMSM

Vol. (cm³) 290 275 265 265 265

h (cm) 0,95 0,95 0,90 0,80 0,85

Q (cm³/s) 4,8333 4,5833 4,4166 4,4166 4,4166

Graficar el caudal (Q) en función de ∆H; si es una recta indicaría que el fluido esta en régimen laminar. Para valores elevados de ∆H puede aparecer movimiento turbulento en el tubo.

Gráfica Q vs h para el agua a 20ºC y una altura base de 12cm





UNMSM


Gráfica Q vs h para el agua a 37ºC y una altura base de 22cm Informe del Laboratorio de Fisicoquímica



UNMSM

Cálculo de la viscosidad para cada medición:

n = πr 4dgh / 8QL

Donde: π = 3.1416 r = 0.23cm d = 1g/cm3 g = 980cm/s2 L = 31.5cm

Para el experimento Nº 1 Temperatura 20ºC

Presión 1atm

Tiempo 60 segundos

Altura base (H) 12cm

Cálculo matemático

Viscosidad (centi Poise)

n1 = (3.1416)*(0.23cm)4*(1g/cm³)*(980cm/s²)*1.70cm 8*(5.9166cm3 /s)*(31.5cm)

= 0.9823cP




UNMSM


= 0.9324cP


= 0.9534cP


= 0.9706cP


= 0.9351cP

n promedio = 0.9548cP


Presión 1atm

Tiempo 60 segundos





= 0.9823cP

n2 = (3.1416)*(0.23cm)4*(1g/cm³)*(980cm/s²)*1.15cm 8*(4.0333cm3 /s)*(31.5cm) n3 = (3.1416)*(0.23cm)4*(1g/cm³)*(980cm/s²)*1.30cm 8*(4.3000cm3 /s)*(31.5cm) n4 = (3.1416)*(0.23cm)4*(1g/cm³)*(980cm/s²)*0.98cm 8*(3.4166cm3 /s)*(31.5cm) n5 = (3.1416)*(0.23cm)4*(1g/cm³)*(980cm/s²)*0.95cm 8*(4.0000cm3 /s)*(31.5cm)

= 0.9748cP

= 0.9534cP

= 0.9807cP

= 0.8119cP

La viscosidad determinada en n 5 no se toma por ser muy dispareja a las demás, y luego determino el promedio de la viscosidad a esas condiciones. Informe del Laboratorio de Fisicoquímica



UNMSM



Presión 1atm

Tiempo 60 segundos





= 0.6617cP


= 0.7131cP


= 0.7180cP


= 0.6547cP


= 0.5065cP

La viscosidad determinada en n 5 no se toma por ser muy dispareja a las demás, y luego determino el promedio de la viscosidad a esas condiciones.



Presión 1atm


Tiempo 60 segundos




UNMSM




= 0.6720cP


= 0.7087cP


= 0.6967cP


= 0.6193cP


= 0.6580cP

La viscosidad determinada en n 4 no se toma por ser muy dispareja a las demás, y luego determino el promedio de la viscosidad a esas condiciones.

npromedio = 0.6839cP VISCOSIDAD EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

Log n = A + B/T Donde A y B son constantes del fluido. Datos teóricos de la viscosidad del agua:

Temperatura Viscosidad

20ºC 1.005cP

30ºC 0.8007cP

40ºC 0.656cP

50ºC 0.5494cP

Para una temperatura de 20ºC y 40ºC

Log1.005 = A + B/20

0.0021 = A + B/20




UNMSM

(-)

Log0.656 = A + B/40

-0.1831 = A + B/40

0.1852 = B/40 Donde: B = 7.408 y A = -0.3683 Entonces:

Log n = -0.3683 + 7.408/T

Donde: T está en ºC n está en cP

Calculamos el valor de la viscosidad: Temperaturas (ºT) 20 37

Viscosidad -0.3683 + 7.408/20  n = 1.005cP -0.3683 + 7.408/37  n = 0.6791cP

Grafico log n vs 1/T para datos teóricos




UNMSM

Grafico log n vs 1/T para datos experimentales




UNMSM

DISCUSIÓN DE RESULTADOS Para la primera experimentación se obtuvo una viscosidad promedio de 0.9548cP y la viscosidad teórica es de 1.005cP. No fue necesario eliminar datos debido a que fueron precisos, obteniéndose un %Error de 4.99%, al observar que este es menor o igual al 5%, se considera la experimentación favorable. Para la segunda experimentación se obtuvo una viscosidad promedio de 0.9924cP y la viscosidad teórica es de 1.005cP. Se tuvo que eliminar el quinto dato debido a que difería mucho del resto, obteniéndose un %Error de 1.25%, lo cual se encuentra en el rango permitido. Para la tercera experimentación se obtuvo una viscosidad promedio de 0.6869cP y la viscosidad teórica es de 0.6791cP. También se tuvo que eliminar el quinto dato por discordar mucho del resto, no hubo una buena precisión en la obtención de datos en ese experimento, pero al eliminarla obtuvimos un %Error de 1.15%, lo cual nos indica que tuvimos una buena exactitud. Para la cuarta experimentación se obtuvo una viscosidad promedio de 0.6839cP y la viscosidad teórica es de 0.6791cP. En este caso se elimina el cuarto dato por diferir mucho del resto, obteniendo un error de 0.71%. Por lo observado en las experimentaciones realizadas la viscosidad en el agua actúa de manera inversa con respecto a la temperatura.




UNMSM

DETERMINANDO LOS % DE ERROR Para el experimento Nº 1 A 20ºC la viscosidad del agua es: n teórico = 1.005cP %Error = (1.005cP – 0.9548cP)*100 = 4.99% 1.005cP

Para el experimento Nº 2 A 20ºC la viscosidad del agua es: nteórico = 1.005cP %Error = (1.005cP – 0.9924cP)*100 = 1.25% 1.005cP

Para el experimento Nº 3 A 37ºC la viscosidad del agua es: nteórico = 0.6791cP %Error = (0.6791cP – 0.6869cP)*100 = 1.15% 0.6791cP

Para el experimento Nº 4 A 37ºC la viscosidad del agua es: nteórico = 0.6791cP %Error = (0.6791cP – 0.6839cP)*100 = 0.71% 0.6791cP Informe del Laboratorio de Fisicoquímica



UNMSM

RECOMENDACIONES •

•

•

•

•

•

•

•

El pesado de las gotas se debería de realizar en una balanza electrónica debido a que no presenta tantos errores al pesar y es más preciso. Se debe graduar la bureta para que el tiempo de formación de gotas sea constante y verificar el nivel de referencia en el cual se toma dicha gota además seria más cambiable si usáramos una bureta digital. Calcular la masa y el volumen de la gota lo más preciso posible, para que no difiera tanto en la tensión superficial teórica dada. Tener siempre su texto de consulta, estar atento, observar y pensar en lo que se va a realizar en la práctica. Al ingresar al laboratorio a realizar las experiencias tener presente que es un lugar de TRABAJO que demanda mucha atención, orden y responsabilidad. Realizar un mantenimiento adecuado a los equipos de trabajo para que los resultados obtenidos sean los más precisos posibles. Es importante el uso del mandil de trabajo para evitar posibles accidentes de trabajo. Tener en cuenta las posibles variaciones con respecto a la temperatura y presión en el ámbito de trabajo.




UNMSM

CONCLUSIONES •

•

•

•

•

•

La temperatura influye mucho en la viscosidad de los líquidos ya que a mayor temperatura hay un mayor movimiento de átomos. A menor viscosidad mayor fluidez y a mayor viscosidad menor fluidez, de ahí se pude deducir que la viscosidad es inversamente proporcional a la fluidez. A los fluidos que carecen de de viscosidad se les conoce como fluidos ideales. La velocidad con la que el líquido fluye depende en gran manera de la viscosidad, de ahí su importancia de la viscosidad en los lubricantes. Otro fenómeno que depende de la viscosidad es el caudal muy importante en el estudio de la física. A los fluidos que presentan un caudal constante en cualquier punto de su recorrido se conoce como fluido de régimen estable.




UNMSM

BIBLIOGRAFÍA: LIBROS BABOR-ÍBARZ - Química General - 8º Edición – Marión – Barcelona – 1979 •

•

Raymond chang – química general – 7 edición.

•

Guía de laboratorio de Fisicoquímica

•

GASTON PONS MUZZO (1987) “Físico Química”: Editorial Bruño.

.

PAGINAS WEB •

http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad

•

http://taninos.tripod.com/viscosidad.htm

•

http://html.rincondelvago.com/viscosidad_2.html



VISCOSIDAD FREDDY

Recommend Documents