labo6-iscosidad

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

Experiencia N 6 - Viscosidad

Ciudad Universitaria, mayo del 2012

Laboratorio de Física II Página 2

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.


TABLA DE CONTENIDO

Dedicatoria………………………………………………………..

2

Introducción………………………………………………………

4

Objetivos…………………………………………………………..

5

Materiales y

Equipos…………………………………………….5

Fundamento

teórico…………………………………………….. ..8

Procedimiento…………………………………………………

12

Evaluación………………………………………………………

17

Conclusiones…………………………………………………….2

0



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.


http://www.monografias.com/trabajos11/empre/empre.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/llave-exito/llave-exito.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtml

http://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtml


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


http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solido_deformacion_tangencial.svg?uselang=es


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:


http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Laminar_shear.svg?uselang=es


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.

1. Determine las densidades del agua, alcohol y ron con el densímetro

2. Vierta agua destilada en el viscosímetro hasta que llene el bulbo.

3. 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.

4. 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.

5. Repita los pasos anteriores para el alcohol y para el ron/mezcla,

asegúrese que el viscosímetro se encuentre limpio antes de verter el

líquido.


AGUA 1 g/cm3

ALCOHOL 0.89 g/cm3

RON 0.87 g/cm3


6. 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.

7. 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 0.5000Desv. 1.1402 0.7071 0.8367 0.7071 0.8367 0.8367

Ei 1.7103 1.0607 1.2550 1.0607 1.2550 1.2550Error 1.7819 1.1726 1.3509 1.1726 1.3509 1.3509

TABLA 1

AGUA ALCOHOL RON/MEZCLAT

amb=23°CT=50°C T

amb=23°CT=50°C T

amb=23°CT=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 1762 93 66 249 181 216 1763 92 65 248 180 217 1774 95 67 248 181 217 1775 94 66 247 182 215 175

t− 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

I. 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 1.00540 0.65660 0.46980 0.357

100 0.284

Por interpolación, la viscosidad a 23 °C es 1.095 cp


ALCOHOL

Los valores teóricos de la viscosidad para ocho temperaturas, a

continuación:

T (°C) η (cp)0 1.773

10 1.46620 1.20030 1.00340 0.83450 0.702


0 20 40 60 80 1000

0.51

1.52

GRÁFICA η vs T

T (°C)

η (cp)


60 0.59270 0.504


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 0.9323 0.828 0.7433 0.6738 0.6143 0.5648 0.5153 0.4658 0.42


0 10 20 30 40 50 60 700.0000.5001.0001.5002.000

GRÁFICA η vs T

T (°C)

η (cp)




II. Ya que se tienen los valores teóricos a las temperaturas requeridas,

se hallarán los valores experimentales y se hallarán los errores

porcentuales

η1

η2

=ρ1 t1ρ2 t2

η1: viscosidad del agua

ρ1: densidad del agua

t1: tiempo que demorará en pasar de un lado a otro


18 23 28 33 38 43 48 53 580

0.20.40.60.8

1

GRÁFICA η vs T

T (°C)

η (cp)


EVALUACIÓN

1. 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.

2. 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

3. Investigue acerca de los tipos de lubricantes utilizados en autos

y la relación de los lubricantes con la temperatura.

I. 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


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


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

4. 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


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