viscosidad - informe
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INFORME DE LABORATORIO
VISCOSIDAD
E.A.P. ING METALURGICAUNMSM
ÍNDICE
RESUMEN
INTRODUCCION
PRINCIPIOS TEORICOS
DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS
DISCUSION DE LOS RESULTADOS
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
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RESUMEN
En este presente experimento se trata de calcular la viscosidad de los líquidos en especial
el agua, a 2 temperaturas. El primero se llevo a una temperatura de 23°C y una altura de
nivel de 20 cm resultando un valor experimental promedio de 0.8753cP con un error de
2.64% respecto a un valor teórico de 0.899cP.
El segundo se realiza a la misma temperatura solo que a un nivel de 30 cm resultando un
valor experimental promedio de 0.9015cP con un error de -0.28% respecto a un valor
teórico de 0.899cP.
El tercer y último experimento es realizado a una temperatura de 41°C con un nivel de
20cm resultando un valor experimental promedio de 0.660cP con un error de -1.69%
respecto a un valor teórico de 0.649cP.
También cabe decir que no se utilizara factores de corrección puesto que los datos
encajan dentro del rango de lo permisible; es decir hay precisión y exactitud.
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INTRODUCCION
La viscosidad y la consistencia son términos que se aplican a los fluidos y que representan
la resistencia que ofrecen al flujo o a la deformación cuando están sometidos a un
esfuerzo cortante, cuanto mayor es la viscosidad, más lenta es su velocidad de flujo.
La viscosidad de un líquido está relacionada con la forma de las moléculas que lo
componen y las fuerzas entre esas moléculas (fuerzas intermoleculares). Los líquidos que
tienen baja viscosidad (los que fluyen con facilidad) están constituidos, por lo general, por
moléculas pequeñas y fuerzas intermoleculares débiles.
En este experimento se determinara la viscosidad del agua en variadas temperaturas,
calculándose así mismo el caudal para los diversos casos, y se estimara el valor
experimental con los datos obtenidos en el laboratorio, para luego se determinara los
porcentajes de error que indicaran la precisión de los datos obtenidos respecto a los
valores teóricos.
OBJETIVOS
Determinar el caudal y la viscosidad mediante calculo experimentales.
Determinar y comprender la dinámica de fluidos.
Demostrar la relación entre viscosidad y temperatura.
Tener como resultados los datos precisos con mínimos porcentajes de error.
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PRINCIPIOS TEORICOS
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 líquido, 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.
Viscosidad de los líquidos:
Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al flujo que los gases y, en consecuencia,
tienen coeficientes de viscosidad mucho más 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 Poiseville o de Stokes. La ecuación de Poiseville para el
coeficiente de viscosidad de líquidos es:
Donde V es el volumen del liquido de viscosidad que fluye en el tiempo t a través de un
tubo capilar de radio r y la longitud L bajo una presión de P dinas por centímetro
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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 más 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 líquido de referencia y se repite la operación. Con este procedimiento se
obtienen t1 y t2 y la viscosidad del líquido se calcula con la ecuación anterior.
Influencia de la temperatura:
El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de u líquido es notablemente diferente del
efecto sobre un gas; mientras en este último 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 más fundamental que la del coeficiente de viscosidad; pero
el uso de una expresión exponencial hace que la opción carezca de importancia.
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Caudal
La medida fundamental que describe el movimiento de un fluido es el caudal. Decir que el río Paraná es más caudaloso que el Uruguay indica que el primero transporta más agua que el segundo en la misma cantidad de tiempo. A su vez, la cantidad de fluido puede medirse por su masa o por su volumen (siempre que su densidad sea constante, cosa que supondremos que es así), de modo que
caudal = masa Q = m (caudal de masa)tiempo Δt
caudal = volumen Q = Vol (caudal de volumen)tiempo Δt
Como te dije, ambos describen el mismo fenómeno. Voy a usar sólo el segundo, que se medirá en unidades de volumen sobre unidades de tiempo. Las unidades "oficiales" (Sistema Internacional):
[Q] = m 3
s
1)
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DATOS Y CALCULOS
EXPERIMENTO
Se calcula primeramente el caudal con la formula
Q=Vt
Experimento 1
Temperatura: 23°C
Pruebas Altura Base Vol. (cm³) H1 – H2 = H (cm) Q (cm³/s)1
20cm
275 1.4 4.582 230 1.3 3.833 280 1.5 4.674 305 1.7 5.085 240 1.3 4.00
Experimento 2
Temperatura: 23°C
Pruebas Altura Base Vol. (cm³) H1 – H2 = H (cm) Q (cm³/s)1
30cm
330 1.9 5.502 360 2 6.003 240 1.4 4.004 300 1.6 5.005 295 1.6 4.92
Experimento 3
Temperatura: 41°C
Pruebas Altura Base Vol. (cm³) H1 – H2 = H (cm) Q (cm³/s)1
20
275 1.1 4.582 260 1.0 4.333 335 1.4 5.584 340 1.4 5.675 280 1.2 4.67
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CALCULO DE VISCOSIDAD
ni=π . r4 . d . g .h
8.Q. L
Donde los valores constantes son los siguientes:
π = 3.1416
r = 0.23cm
d = 1g/cm3
g = 980cm/s2
L = 42cm
Nota: Todos los cálculos fueron realizados en Excel para su mejor cálculo y precisión
VISCOSIDAD EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA:
Se puede representar mediante la siguiente ecuación
Log n = A + B/T
Donde A y B son constantes del fluido.
Datos teóricos de la viscosidad del agua:
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Experimento 1T = 23°C
Medición
ni(cpoise)
1 0.82242 0.91313 0.86544 0.90045 0.8750
Prom. 0.8753
Experimento 2T = 23°C
Medición
ni(cpoise)
1 0.93012 0.89753 0.94234 0.86165 0.8762
Prom. 0.9015
Experimento 3T = 41°C
Medición ni(cpoise)1 0.64622 0.62133 0.67514 0.66525 0.6923
Prom. 0.6600
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Temperatura(°C) 20 30 40 50Viscosidad(cP) 1.005 0.8007 0.656 0.5494
Para una temperatura de 20ºC y 40ºC
Calculando los valores de las contantes A y B según los datos de las temperaturas.
Log1.005 = A + B/20 0.0021 = A + B/20
Log0.656 = A + B/40 -0.1831 = A + B/40
De las dos ecuaciones tenemos:
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 teórico de la viscosidad:
Temperaturas (ºT) Viscosidad (cP)
23 0.899
41 0.649
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Gráficos
Caudales:
- Caudal vs Diferencia de presiones (∆ h¿A 23 °C a una altura de 20 cm
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.80
1
2
3
4
5
6
Series2Linear (Series2)
Q vs h
- Caudal vs Diferencia de presiones (∆ h¿A 23 °C a una altura de 30 cm
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.10
1
2
3
4
5
6
7
Series2Linear (Series2)
Q vs H
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- Caudal vs Diferencia de presiones (∆ h¿A 41 °C a una altura de 23 cm
Gráficos de las viscosidades:
- Teórico
-0.300 -0.250 -0.200 -0.150 -0.100 -0.050 0.000 0.0500.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
0.060
Series2
1/T vs Log(n)
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.50
1
2
3
4
5
6
Series2Linear (Series2)
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- Experimental
-0.200 -0.180 -0.160 -0.140 -0.120 -0.100 -0.080 -0.060 -0.040 -0.0200.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
0.045
0.050
1/T vs Log(n)
1/T
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CALCULO DE PORCENTAJE DE ERROR
Para el experimento Nº 1
A 23ºC la viscosidad del agua es:
n teórico = 0.899cP
%Error = ( 0.899 cP – 0.8753 cP)*100 = 2.64% 0.899cP
Para el experimento Nº 2
A 23ºC la viscosidad del agua es:
n teórico = 0.899cP
%Error = ( 0.899 cP – 0.9015 cP)*100 = -0.28%0.899cP
Para el experimento Nº 3
A 41°C la viscosidad del agua es:
nteórico = 0.649cP
%Error = (0.649 cP – 0.660 cP)*100 = -1.69%0.649cP
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DISCUSION DE LOS RESULTADOS
En el primer experimento según las condiciones dadas el valor de experimental promedio
de viscosidad fue 0.8753cP con un error de -2.64% en base del valor teórico 0.899cP. Lo
cual indica que esta en el rango optimo aceptable.
En el segundo experimento es similar al otro pero con variación de temperatura, para este
caso la viscosidad promedio fue de 0.9015cP con un error de -0.28% respecto a un valor
teórico de 0.899cP. Lo que indica que esta en el rango optimo aceptable.
En el Tercer experimento se aumento la temperatura de trabajo y una altura determinada
lo cual resulto una viscosidad experimental promedio de 0.660cP resultando un error de –
1.69cP a base de un valor teórico de 0.649cP. Indicando que es confiable el resultado.
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CONCLUSIONES
La viscosidad conforme va aumentando la temperatura decrece su valor, por la agitación térmica ocurrida.
La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento.
La velocidad del liquido depende mucho de la viscosidad ya que mide la resistencia al fluido
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.
Otro fenómeno que depende de la viscosidad es el caudal muy importante en el estudio de la física.
RECOMENDACIONES
- Utilizar los instrumentos adecuados así como limpiarlos de cualquier elemento que
pueda afectar los valores experimentales y muestren un error lejos del rango
aceptable.
- Asegurar las conexiones de cada tubo para evitar una fuga de liquido y afecte los
valores obtenidos.
- El papel de trabajo debe ser de una medida tal que se pueda marcar la diferencia
de presiones, de preferencia el papel debe ser cuadriculado, si es posible
milimetrado.
- Se debe tener preferentemente una regla milimetrada que mida con exactitud y
precisión la diferencia de presiones.
- Fijarse bien en los valores del termómetro, puesto que es sensible a cualquier
cambio de temperatura.
- Calibrar bien el cronometro, si es posible tener 2 para obtener una mayor
precisión.
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BIBLIOGRAFIA
Fisicoquímica – Ira N. Levine año 90 editorial Mc Graw – Hill, Tercera Edición
Física General Aplicada – Francisco Sinter olives
Fisicoquímica – Gilbert W. Castellan
Fisicoquímica – Pons Musso
Química General – Mortimer
Guía de Practica de Laboratorio
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ANEXO
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