VISCOSIDAD I. OB OBJE JETI TIVO: VO: Determinar en forma cuantitativa el coeficiente de viscosidad de un líquido en función de la viscosidad conocida de otro líquido. líquido.
II.. MATERIALE II MATERI ALES: S: • Soporte universal • Clamp • Pinza con agarradera • Viscosímetro de OSTW!D • Termómetro • Vaso de precipitados" # $%% ml. • Pro&eta graduada de #%ml • 'alanza digital • Cronometro • Picnómetro • !íquidos( agua" alco)ol * ron
1 Viscosímetro de Ostwald
vaso precipitado
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III. FUNDAMENTOS TEORICOS:
!a viscosidad es lo contrario de la fluidez" generalmente se define como resistencia al flu+o. !os líquidos ,* tam&i-n los gases pueden fluir" es decir desplazarse una porción respecto a otra. !as fuerzas de co)esión entre mol-culas originan una resistencia interna a este desplazamiento relativo denominado viscosidad.
Se llama viscosidad o frotamiento interno a la resistencia e/perimentada por una porción de un líquido cuado se desliza so&re otra como consecuencia del rozamiento molecular. 0l agua flu*e m1s f1cilmente que la melaza * esta con m1s facilidad que una pasta de cauc)o. !os aceites de motor est1n clasificados en una escala que corresponde a su viscosidad .Como la viscosidad normalmente aumenta cuando disminu*e la temperatura tenemos que reemplazar el aceite para motor 2pero de verano3 ,alta viscosidad con uno de viscosidad mas &a+a para el tiempo frió. 0n &ase al modelo cin-tico molecular. !a viscosidad de los gases aumenta al aumentar la temperatura. !a viscosidad de los líquidos disminu*e al aumentar al temperatura. !as viscosidades de los líquidos se miden com4nmente con el viscosímetro de Ost5ald" o para líquidos mas viscosos con el viscosímetro de esfera .!a unidad de viscosidad es el poise ,#g.cm6#.s 7#" es el mas favora&le para determinar la viscosidad de un liquido por comparación con otro liquido cu*a viscosidad *a es conocida * en condiciones e/perimentales id-nticas
VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS !a viscosidad de un liquido puede ser determinado su velocidad de flu+o a trav-s de un &ul&o capilar. Para el volumen ,V de un líquido que flu*e a trav-s de un tu&o capilar de radio r" longitud !" en un tiempo t" &a+o una diferencia de presión P8 su viscosidad η es e/presada mediante la ecuación de Poiseuille(
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!a unidad de viscosidad en el S9 es el N.s/m2 = Pa.s.: :na unidad antigua" pero de uso com4n es la dina;cm <" llamada poise en )onor a Poiseuille. 0stas unidades est1n relacionadas por 1 Pa.s = 10 poise
0l gasto = de un líquido o la viscosidad de volumen de flu+o esta dado de la siguiente manera(
Donde V es el volumen del líquido de viscosidad 2η3 escurri-ndose a trav-s de un tu&o capilar de longitud de longitud 2!3 de radio 2>3 &a+o la diferencia de presión ,P< 7 P# en el tiempo 2t3. Despe+ando 2η3 se tiene(
Consideramos dos líquidos de vol4menes iguales * o&servamos los tiempos t # " t< que empleados en atravesar una sección transversal del mismo tu&o * recordemos que ,P< 7 P# es proporcional a la densidad ρ del liquido" se puede esta&lecer que (
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!as cantidades t 1 * t 2 se miden m1s adecuadamente con un viscosímetro de Ost5ald. :na cantidad definida de liquido se introduce en el viscosímetro sumergido en un termostato * luego se )ace pasar por succión al &ul&o ' )asta que el nivel del liquido este so&re una marca a. Se de+a escurrir el liquido el tiempo necesario para que su nivel descienda )asta una marca b * se mide con un cronometro. 0l viscosímetro se limpia" luego se a?ade el líquido de referencia * se repite la operación. Con este procedimiento se o&tienen t 1 * t 2 * la viscosidad del líquido se calcula con la ecuación anterior.
Donde( @#( es la viscosidad del líquido desconocido. → @<( es la viscosidad del líquido conocido. → A#" A<( son las densidades respectivas. → t#" t<( son los tiempos respectivos. → Bt#" Bt<( son los errores a&solutos de los tiempos respectivos. →
!a dependencia entre la viscosidad * la temperatura para el liquido" est1 dad por la relación"
Despe+ando @"
Donde( 0( es la energía de activación para el flu+o → ( es una constante → >( es la constante universal de los gases → T( es la temperatura ,en escala a&soluta →
IV. PROCEDIMIENTO:
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Determinamos las densidades del agua" alco)ol * ron. :samos el picnómetro ,o la pro&eta de #%ml * la &alanza de tres &razos. • • •
A agua # g;cm A alco)ol %.E#F g;cm A ron %.EG$g;cm
Vertimos el agua en el viscosímetro )asta que llenó el &ul&o C. 9nsuflamos aire por la rama anc)a )asta que la superficie del liquido por la otra rama delgada superó la se?al .Cu&rimos la rama anc)a con un dedo8 evitaremos así que el liquido descienda por gravedad.
Destapamos la rama anc)a * con el cronómetro tomamos el tiempo que tardó el liquido en pasar por el menisco" desde la se?al )asta la se?al ' .notamos los valores en la Ta&la#.
>eemplazamos los valores de la ecuación * evaluamos la viscosidad desconocida.
@ gua pota&le ,T <<.H IC
Caliente el agua en &a?o Jaría ala la temperatura de $%KC ,utilice el vaso de precipitados grande casi lleno con agua" * repita los pasos anteriores. note los valores en la Ta&la#.
Nota: apagamos el mechero antes de sobrepasar la temperatura indicada. T agua$%KC. @ ,gua pota&le" T $% IC
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TABLA 1 T1 !!"#$C %Am&ie'te(
T! )*$C %Am&ie'te(
t1%s(
t!%s(
1
5
4.06
!
4.96
4.11
+
4.9
4.83
#
5.19
3.94
)
5.40
3.78
,t
2.82
3.76
5.09
4.14
Agua
TTemperatura %$C(o
t Tiempo%s(-
,t error a&soluto e' la medida de t"
PROCEDIMIENTO PARA HALLAR EL ERROR ABSOLUTO EN LA MEDIDA DE t (Δt)
´t = 5 + 4.96 + 4.9 + 5.19 + 5.40 =5.09 seg 1
5
σ =1.91
Ea = ❑
3 σ
√ n−1
=
3 × 1.91 ❑ √ 5 1
−
=2.82
Δ t 1=√ Ei + Ea =√ ( 5 × 10 2
→
−5
2
2
2
) + 2.82 =2.82 seg
´t = 4.06 + 4.11 + 4.83+ 3.94 + 3.78 = 4.14 seg 2
5
σ =2.51
Ea =
3 σ
√ n−1
❑
=
3 × 2.51
√ 5−1
❑
Δ t 2= √ Ei + Ea =√ ( 5 × 10 2
→
= 3.76
2
−5
2
2
) + 3.76 =3.76 seg TABLA 2
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T1 !!")$C Alco.o l
1
o
%am&ie'te(
T! )* $C
t1%s(
t!%s(
9.11
T1 !!") $C /o'
%am&ie'te(
T! )* $C
t1%s(
t!%s(
6.78
1
11.95
8.00
!
9.35
6.68
!
11.70
8.7
+
9.78
6.70
+
11.75
7.65
#
9.81
6.82
#
11.97
7.66
)
9.52
6.80
)
11.85
7.14
*"+0)
*"*2#)
*"1*
*"331)
0")1#
"3)
11"2#
3"2+
PROCEDIMIENTO PARA HALLAR EL ERROR ABSOLUTO EN LA MEDIDA DE t (Δt)
E' el alco.ol a !!")4C
seg
Ea
E' el alco.ol a )*4C
seg
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Ea
E' el /o' a !!")4C5
seg
Ea
E' el /o' a )*4C5
seg
Ea
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V. CUESTIONARIO: 1. Determine el coefciente de viscosidad del agua y del alcohol. ¿a qué actores cree usted que se deba las discrepancias de los resultados obtenidos en comparación con el de las tablas?
"#
n
% 2%
1&'2 1&%%5
"#n % 2%&1
"$ % 4%%
4%
%&656
26&24
16%%
6%
%&46'
2!&14
36%%
!%
%&35
2!&56
64%%
1%%
%&2!4 4&563
2!&4
1%%%%
131&44
22%%%
3%%
(
Usando el método de mnimos cuadrados hallamos el n!viscosidad" de acuerdo a la temperatura pedida
)*
)* )* +%&%14
,*
,* ,*1&45
-nt.nce/ la 0.r)ula /eria n* + %&%14"#1&45
Para "#*22&4
n* +%&%1422&41&45
n*1&1364 poise
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Para "#*22&5
n* +%&%1422&51&45
n*1&135 poise
Para "#*22&4
n* +%&%145%1&45
n*%&5 poise
%T = 22.5ºC) = ?
o
poise
Como ya sabemos
%T = 22.4ºC) = 1&1364 poise e!o"#a$o me$ia"e e% m&"o$o
$e m'imos !(a$#a$os (sa$o %a "ab%a $e %a p*. 63
o
e sa be =
+,o#a so%o (samos %a si*(ie"e e!(a!i-:
" o! es .:
y
Pa#a =
-nt.nce/
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e sabe =+
"o!es:
y
Pa#a =
-nt.nce/
10.930.101)=1.104
y
.i/e
!" La viscosidad de los lí6uidos depe'de de la temperatura- se o&serva u'a dismi'uci7' mu8 r9pida al i'creme'to de la temperatura" Co' lo estudiado- para u' ve.ículo- e' :poca de vera'o ;Qu: tipo de lu&rica'te recome'daría<
e#ao e% a!ei"e (e se $ebe# ("i%ia# pa#a %(b#i!a# a("om-i%es $ebe# posee# ( *#a$o $e is!osi$a$ ms a%"o pa#a (e po# a!!i- $e %a "empe#a"(#a bae s( is!osi$a$ y p(e$a (!ioa# si !o"#a"iempos. e "o$o es"o po$emos $e!i# (e %a is!osi$a$ es ie#same"e p#opo#!ioa% a %a "empe#a"(#a.
#$%&'%$D(D %)( *)&'+),D(D(
•
Para regi.ne/ 0ría/ calida/
Se rec.)ienda 1%7+3% ara te)eratura/ A),ientale/ de )á/ de +2%8C+ 148F&
•
Para regi.ne/ calur./a/
S.n adecuada/ l./ ti./ 2%7+4% 2%7+5%&
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+" =ara u'a me>cla %)*? agua destilada mas )*? de ro'(- determi'e el coe@icie'te de viscosidad"
(po*amos (e: o%(me $e% a*(a $es"i%a$a = 50m% Volume' de ro' )*ml .
; esi$a$ $e% a*(a = masa/o%(me = 1.000*/
; esi$a$ $e% #o = masa/o%(me = 0.7*/m%
35*. = 85* y o%(me $e %a me!%a = 100m%
esi$a$ $e %a me!%a = 85*/100m% = 0.85*/m%
-. $nvestigue métodos para determinar la viscosidad en casos de lquidos medianamente viscosos y muy viscosos. $ncluya las reerencias. a. METODO DE POISEVILLE.
9a cual n. dice :ue /i )edi)./ el tie). del ;u<. de un )i/). =.lu)en de d./ lí:uid./ di0erente/> utili?ad. el )i/). cailar n./ lle=a a la relación de l./ c.e@ciente/ de =i/c./idad de l./ lí:uid./& Facultad de ingeniería eléctrica e electrónica
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9a le :ueda 0.r)ulada del /iguiente ).d.
D.nde V e/ el =.lu)en del lí:uid. :ue circula en la unidad de tie). t > v )edia la =el.cidad )edia del ;uid. a l. larg. del e R e/ el radi. intern. del tu,.> p e/ la caída de re/ión entre l./ d./ eBtre)./> e/ la =i/c./idad diná)ica L la l.ngitud caracterí/tica a l. larg. del e de/arr.llada en el ca). de la idráulica :ue .r l. de)á/ e/ =álida ara t.d./ l./ ti./ de ;u<.&
b.
METODO DE GEORGE G. STOKES.
Cuand. un cuer. /e )ue=e en el /en. de un ;uid. =i/c./. la re/i/tencia :ue re/enta el )edi. deende de la =el.cidad relati=a de la 0.r)a del cuer.& -l régi)en de ;u<. e/ la)inar cuand. la =el.cidad relati=a e/ in0eri.r a ciert. =al.r crític.> la re/i/tencia :ue .0rece el )edi. e/ de,ida ca/i eBclu/i=a)ente a la/ 0uer?a/ de r.?a)ient. :ue /e ..nen al re/,ala)ient. de una/ caa/ de ;uid. /.,re .tra/> a artir de la caa lí)ite aderida al cuer.& Se a c.)r.,ad. eBeri)ental)ente> :ue la re/ultante de e/ta/ 0uer?a/ e/ una 0unción de la ri)era .tencia de la =el.cidad relati=a& Para el ca/. de una e/0era> la eBre/ión de dica 0uer?a /e c.n.ce c.). la 0ór)ula de St.Ee/&
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D.nde e/ el radi. de la e/0era> = /u =el.cidad la =i/c./idad del ;uid.&
&. ( /((,0( D) +'* !a &alanza de Jo)r6Westp)al es un dispositivo como el esquematizado en la Ligura #" * se emplea para la medida de densidades de líquidos. 0n esencia" consta de un pie fi+o" aunque regula&le en altura ,V" * del canastrón" una &arra con dos &razos desiguales separados por una cuc)illa que sirve para apo*arla en el pie fi+o ,L. 0l &razo largo est1 provisto de #% muescas numeradas del # al #% * regularmente distri&uidas. De su e/tremo pende" mediante un )ilo delgado ,f" un lastre ,P que a veces inclu*e un termómetro para medir la temperatura del líquido. Colocado el lastre en el e/tremo * dando vueltas al tornillo VM" se coloca la &alanza de manera que las puntas del contrapeso * del soporte caigan enfrentadas. Para completar la &alanza se dispone de un +uego de cinco +inetillos ,reiters( dos m1s grandes , S * A que" aunque diferentes en forma * función" tienen el mismo peso" * otros tres m1s peque?os ,B" C * D" cu*os pesos son la d-cima" la cent-sima * la mil-sima de aquellos" >espectivamente .Sumergido totalmente el lastre en agua destilada * situado el reiter grande especial ,S en el e/tremo" la &alanza de&e quedar equili&rada ,densidad relativa" #.%%%%" *a que el peso del reiter S,que pesa lo mismo que el A contrarresta el empu+e del agua ,a HIC so&re el lastre , A rVg . !as muescas en el &razo corresponden pues a d-cimas partes de la unidad. Si la &alanza no est1 perfectamente a+ustada" ser1 preciso a+ustarla con muc)o cuidado con lo niveladores V * VN. :na vez a+ustada la &alanza * sin quitar el reiter que se )a&ía utilizado para a+ustarla" sustituimos el agua por el líquido cu*a densidad deseemos medir .
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Si el lquido es de mayor densidad que el agua > /erá )a.r el e)u ara re/ta,lecer el e:uili,ri.> /erá reci/. aGadir b> c> d al nH)er. de la )ue/ca en la/ :ue /e c.l.can cada un. de l./ B> C D> re/ecti=a)ente> a/ta re/ta,lecer el e:uili,ri. ueden ).ntar/e =ari./
VI. CONCLUSIONES:
-
C.n el )ét.d. utili?ad. .de)./ allar cualitati=a)ente la =i/c./idad de cual:uier lí:uid. de/ead.
-
9./ lí:uid./ al /er a0ectad./ .r la te)eratura au)ent. 1#> /u c.e@ciente de =i/c./idad di/)inue
-
-l =i/c./í)etr. re/ulta )u c.)Hn)ente ara allar =i/c./idad .r /u 0ácil e)le.
-
-
-
9a =i/c./idad e/ indeendiente de la re/ión %a epe#ime"a!i- os $imos !(e"a $e (e %a is!osi$a$ $e% a*(a $e% #o y $e% a%!o,o% a#'a a% a(me"a# %a "empe#a"(#a ambie"e a 50oC. e !omp#ob- (e %a $esi$a$ $e% %'(i$o o %(i$o i%(ye e e% a%o# $e %a $esi$a$ $e mae#a p#epo$e#a"e.
VII. RECOMENDACIONES:
-
aniular ,ien el =i/c./í)etr. a :ue e/ de =idri. /e uede r.)er
-
J. tra,a
-
De/ué/ de cada )edida li)iar ,ien el =i/c./í)etr.
-
S./tener en ./ición =ertical el =i/c./í)etr.
-
"ener cuidad. al )aniular la lla=e de ga/
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