Viscosidad y Tension Superficial.docx

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VISCOSIDAD Y TENSION SUPERFICIAL

1 OBJETIVO GENERAL

• Calcular la viscosidad absoluta de diversos fluidos de manera experimental y comparar,los valores obtenidos, con los suministrados por los fabricantes.

• Medir la tensión superficial de diferentes líquidos mediante el método del ascensocapilar.

1.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Determinar la viscosidad absoluta de tres aceites multigrados mediante la relación queexiste entre el tiempo empleado por una esfera en recorrer una cierta distancia al ser introducida en el fluido Método de !to"es#.

• Comparar valores experimentales de viscosidad, con los aportados por el fabricante para evaluar el error porcentual.

• Determinar la tensión superficial de tres líquidos diferentes

2. FUNDAMENTO TEORICO

2.1. Viscosidad

De todas las propiedades de los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración en elestudio del flu$o de los fluidos. %a viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido parafluir cuando se la aplica una fuer&a externa' (l coeficiente de viscosidad absoluta, osimplemente la viscosidad absoluta de un fluido, es una medida de resistencia, aldesli&amiento o a sufrir deformaciones internas. %a mela&a es un fluido muy viscoso en

comparación con el agua.

%a viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido. %asmoléculas de regiones con alta velocidad global c)ocan con las moléculas que se muevencon una velocidad global menor, y viceversa, estos c)oques permiten transportar cantidadde movimiento de una región de fluido a otra.%os fluidos presentan diferentes propiedades que los distinguen, como la viscosidad,densidad, peso específico, volumen específico, presión, etc. *l anali&ar las distintas propiedades que poseen los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración para elestudio de estos materiales+ su naturale&a y características, así como las dimensiones y

factores de conversión.

odo fluido tiene una viscosidad específica ba$o ciertas condiciones cuando se muevealrededor de un cuerpo o cuando un cuerpo se mueve dentro del fluido, se produce unafuer&a de arrastre -a# sobre este. !i el cuerpo en estudio es una esfera, est fuer&a de

arrastre viene dada por la expresión seg/n la ley de !to"es' Favr ⋅⋅⋅⋅= µ π 0


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Fa

E

p

Donde µ

es la viscosidad absoluta del fluido+ r esa el radio de la esfera+ v la velocidad dela esfera con respecto al fluido.

Considerando lo anterior si se de$a caer una esfera en un recipiente con un fluido, debeexistir una relación entre el tiempo empleado en recorrer una determinada distancia y laviscosidad de dic)o fluido. Construyendo el diagrama de cuerpo libre de una esfera setiene'

(' (mpu$e )idrosttico1' 1eso de la esfera-a' -uer&a de arrastre

*plicando la segunda %ey de 2e3ton'

∑ =++−⇒= am F E P am f a ..

(xpresando en función de los parmetros cinemticos nos queda'

dt

dvmvr E P

.....0 =−− µ π

1ero

4==dt

dva

.cttev =

2os queda,

4....0 =−− vr E mg µ π

Dividiendo todo entre la masa,

40

=

−+

−

m

E mg v

m

r πµ

se puede designar dos constantes para abreviar la ecuación diferencial'


3/21

m

E mg A

# −=

m

r B

...0 µ π =

1or lo tanto'4

=+− A Bv sicttev

=

t

xv

∆∆

=

(ntonces'

x

t A B

∆∆

=

(xperimental#!ustituyendo los valores

x

t

m

E mg

m

r

∆∆

×−

= µ π 0

Despe$amos la viscosidad sabiendo que

g r E ρ π 5

5

6=

nos queda'

x

t

r

g r mg

∆

∆×

−=

π

ρ π µ

78

65 5

9iscosidad (xperimental en el cual utili&aremos esta deducción para los clculos de esta prctica.

Viscosidad abso!"a o di#$%ica

(s la fuer&a tangencial por unidad de rea, de los planos paralelos por una unidad dedistancia, cuando el espacio que los separa esta lleno con un fluido y uno de los planos setraslada con velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también denominadoviscosidad dinmica+ coeficiente de viscosidad

%a unidad de viscosidad dinmica en el sistema internacional !:# es el pascal segundo1a.s# o también ne3ton segundo por metro cuadrado 2.s;m


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(l poise es la unidad correspondiente en el sistema C=! de unidades y tiene dimensiones dedina segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro cuadrado. (l subm/ltiploel centipoise c1#, 74>


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!.A.=.' slug ; ft.seg!.:.:.' lb.seg ; ft<

CLASIFICACI'N DE LOS ACEITES

%a clasificación de los aceites atendiendo a su velocidad, generan en la etiqueta de losenvases una serie de siglas , acompaBados por unos dígitos , identificando el grado deviscosidad del lubricante , qué se refiere a su temperatura sin aBadir datos alguno de sobreatrs apreciaciones o condiciones. (l índice de viscosidad representa la tendencia ms omenos que se espera a medida que se enfría o se calienta. %os aceites multigrados con base sintéticos se obtienen )aciendo una me&cla de aceites de síntesis de ba$a graduación!*( y de aceites mineral de altas viscosidad.

%a rgani&ación de (standari&ación :nternacional ISO , estableció su ordenación paralos lubricantes de aplicación industrial , o a la !ociedad de :ngenieros de *utomoción !ociety of *utomotive (ngineers> (SAE) de los (stados Enidos , creo su escala dedenominación para definir rangos de viscosidad en lo lubricantes de automóviles

Casi*icaci+# SAE,

%a !ociedad de :ngenieros de *utomotores de ((.EE.!*(# clasificó a los aceites seg/nsu viscosidad adoptando como temperatura de referencia 744 grado centígrado ymanteniendo la viscosidad en centisto"e cst#. !e dividió el rango total de viscosidades delos aceites en grupos arbitrarios designados por los siguientes n/meros'


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Casi*icaci+# SAE d& -iscosidad d& ac&i"&s a/a %o"o/ (SAE J03 DIC 4)

2ota' 7 c1 ? 7 m1a x s+ 7c!t ? 7 mm


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2ota' %a clasificación :! corresponde a lanorma C9(2:2 77


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Sis"&%a d& casi*icaci+# APIMotores a gasolina *lgunas designaciones son' !*, !A, !C, !D, !(, !-, !=, !H. (l primero usado para motores a gasolina y Diesel.

Clasificación *1: :nstituto de 1etróleo *mericano# de calidad de los aceites para motor

Casi*icaci+#d& s&/-icio

API

Gasoi#a

S&/-icio API/&-io

D&sc/ici+# d&

os *ab/ica#"&sd& &;!ios <

&s&ci*icacio#&s%ii"a/&s

/&acio#adas

=asolina

!* M%*ceite mineral

puro

!A MM*ceite in)ibido

7N54#

!CM!

7N06#

=arantía deservicio para

motores agasolina 7N06>

7N0O#

!DM!

7N08#

=arantía deservicio paramotores a

gasolina 7N08>7NO7#

!(


motores agasolina 7NO7N84#;M:%>%>607F< y M:%>

%607F7N88#;M:%>%>

607F7NN%>

607F

7NNN0#

!R


motores agasolina 7NN0>


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ALGUNOS DE LOS MEDIDORES DE VISCOSIDAD CONOCIDOS

Viscos9%&"/o

(s un instrumento para medir la viscosidad de un fluido Viscos9%&"/o d& "!bo caia/

Consiste en < recipientes conectados por un tubo largo de dimetro pequeBo conocidocomo tubo capilar. Conforme al fluido fluye a través del tubo con una velocidad ctte. (lsistema pierde energía, ocasionando una caída de presión. %a magnitud de la caída de presión est relacionada con la viscosidad del fluido mediante la siguiente ecuación'

H LQ

D∆=

7


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Viscos9%&"/o d& cii#d/o co#c@#"/ico

1or medio de un cilindro que gira a una cierta velocidad con respecto a un cilindro internoconcéntrico estacionario se determina du;dy al medir el momento de torsión!obre el cilindro estacionario es posible calcular el esfuer&o cortante. (l cociente entre elesfuer&o cortante y el cambio de velocidad expresa la viscosidad.!i la velocidad de rotación es 2 rpm y el radio es r


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Viscos9%&"/o d& ca9da ib/&

Consiste en varios tubos llenos con líquido KestndaresL de viscosidades conocidas con unaesfera de acero en cada tubo. (l tiempo necesario para que la esfera recorra la longitud totaldel tubo depende de la viscosidad del líquido. !i se coloca la muestra en un tubo anlogo es

posible aproximar el valor de la viscosidad por comparación con los otros tubos.1ara esta prctica utili&aremos el método de !@(! para la obtención de la viscosidad.!r. Reorge =rabiel !to"es Matemtico y -ísico :rlandés Aornat. !"reen 787N. *utor detraba$os en Hidrodinmica, encontró la %ey que rige la caída de sólidos esféricos en el senode un fluido denominada con su nombre.

S"o?&s !ímbolo KstL+ (s una unidad de la viscosidad cinemtica de un fluido que tenga unaviscosidad dinmica de 7 poise, y una densidad de 7 gramo por centímetro c/bico.

2.2. Tsi+# s!&/*icia

%a ensión superficial ó energía libre superficial es el traba$o necesario para incrementar, atemperatura constante y de modo reversible, el rea de la superficie de un líquido en unaunidad.%as unidades de tensión superficial son' erg;cm


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2 MATERIALES Y REACTIVOS

2.1 Ma"&/ia&s

ITEM MATERIAL CARACTERSTICA CANTIDAD7 ubo de vidrio 7F4 cm 7< (mbudo 75 1erdi ón de acero F mm diam F6 Cronometro 7F :mn 70 -lexo metro 744 cm 7O 9ernier 78 9aso de reci itado


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• Compare los valores da las distintas viscosidades experimental con el obtenidomediante la bibliografía y los respectivo errores porcentuales obtenido.

0.2 Tsi+# s!&/*icia

• %lene el vaso de precipitados de


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:.1 Tsi+# s!&/*icia

Medida Masa capilar

vacío

Masa capilar

lleno

%ongitud del

capilar

Densidad del

líquido

7 agua 4.7F5 4.


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V e=π

60.55

3=0.087 cm3 Calculo de velocidad

V e=π

60.545

3=0.085 cm3 v= x

t

V e=π

60.55

3=0.087 cm3 v= 15

0.81=18.5 c m/s

V e=π

60.55

3=0.087 cm3 v= 20

1.03=19.42 c m /s

V e=

π

60.545

3

=0.085

cm

3

v=

25

1.12=22.32

cm/ s

Calculando la densidad de la esfera

ρ= 0.7

0.087=8.04g /cm3 v=

30

1.65=18.18cm/ s

ρ=0.697

0.085=8.2g/cm3 v=

10

0.45=22.22 c m /s

ρ=0.687

0.087=7.9 g/cm3

ρ= 0.7

0.087=8.0 4 g/cm3

ρ=0.699

0.085=8.22 g/cm3

Calculo de la 9iscosidad

μ=2g r

2( ρe− ρ L)9v


16/21

μ1=

2(981)0.2752(8.04−0.89)9(18.5)

=6.37 poise

μ2=

2(981)0.2722(8.2−0.89)

9 (19.42) =6.07 poise

μ3=

2(981)0.2752(7.9−0.89)9(22.32)

=5.18 poise

μ4=2(981)0.2752(8.04−0.89)

9(18.18) =6.48 poise

μ5=2(981)0.272

2

(8.22−0.89)9 (22.22) =

5.3 poise

• Compare los valores de las distintas viscosidades experimentales con el obtenidomediante la bibliografía.

viscosidad poise#6.37

6.07

5.18

6.48

5.3

• Calcule los respectivos errores porcentuales obtenidos.

= µ

n

n

i

i∑=7

µ

?F.88 poiseS μ=0 .6

n

S t E c

µ

µ =

? 5.O6OF

0.4

? 7 poise


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U? F.88V7# poise

2do i;!ido

• Calcule la viscosidad de cada aceite

μ=2g r

2( ρe− ρ L)9v

%a densidad del líquido que es el aceite es 4.88F g;ml, la gravedad es de N.87m;s


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ρ=0.687

0.087=7.9 g/cm3

ρ= 0.7

0.087=8.04g /cm3

ρ=0.699

0.085=8.22 g/cm3

Calculo de la 9iscosidad

μ=2gr

2( ρe− ρ L)9v

μ1=

2(981)0.2752(8.04−0.885)9(24.79)

=4.76 poise

μ2=

2(981)0.2722(8.2−0.885)9(25.25)

=4.77 poise

μ3=

2(981)0.2752(7.9−0.885)9 (30.3)

=3.82 poise

μ4=2(981)0.2752(8.04−0.885)

9(33.33) =3.54 poise

μ5=

2(981)0.2722(8.22−0.885)9(32.25)

=3.7 poise

• Compare los valores de las distintas viscosidades experimentales con el obtenido

mediante la bibliografía.

viscosidad poise#4.76

4.77

3.82


19/21

3.54

3.7

• Calcule los respectivos errores porcentuales obtenidos.

= µ

n

n

i

i∑=7

µ

?6.7


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r=d

2

r=0.12

2

r=0.059cm

γ =1

2rhρg

• ensión superficial del agua

γ =1

20.059 (7.345 ) (1 )(981)

γ =212.56dinas /cm

Pa/a & co/o*o/%o,

Como el radio es r=0.059 cm

γ =1

2rhρg

γ =1

20.059 (0.3) (1.48 )(981)

γ =12.85dinas /cm

Pa/a & ac&i"& -&5&"a

γ =1

2rhρg

γ =1

20.059 (1.085 ) (0.92 )(981)

γ =28.89dinas /cm

Pa/a & &"a#o

γ =12rhρg

γ =1

20.059 (0.79 ) (0.87 )(981)

γ =19.89dinas /cm


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. CONCLUSIONES

Calculamos la viscosidad de dos fluidos observando que uno era ms viscoso que elotroMedimos la tensión superficial de distintas sustancias observando la diferencia

• Hay varias formas de calcular la viscosidad y solo una forma de calcular la tensión

superficial• demostramos que los resultados de viscosidad son diferentes ya que )ay varias

resistencias de los diferentes líquidos a fluir

O. BIBLIOGRAFIA

− =uía de laboratorio de WMC 744 Aalance de Materia− Wuímica =eneral > %eonardo =. Coronel odrígue&

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