UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIALE.A.P INGENIERÍA INDUSTRIAL

Laboratorio 6: “ VISCOSIDAD”

Laboratorio de Física GeneralFACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS

Profesor:

Laboratorio de Física II –Experiencia N°6: Viscosidad

Integrantes:

Horario: Miércoles 2-4 pm.

C.U Febrero 2015.

VISCOSIDADEXPERIMENTO N° 6

I. OBJETIVO:

Determinar en forma cuantitativa el coeficiente de viscosidad de un líquido en

función de la viscosidad conocida de otro líquido.

II. EQUIPOS / MATERIALES:

Soporte universal

Clamp

Pinza con agarradera

Viscosímetro de OSTWALD

Termómetro analógico / digital

Vaso de precipitados, 1 500 ml.

Probeta graduada de 10ml

Balanza digital

Cronometro

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Picnómetro

Líquidos: agua, alcohol y ron

VASO DE PRECIPITADO SOPORTE UNIVERSAL

PROBETA GRADUADA TERMÓMETRO

BALANZA DE TRES BRAZOSCRONÓMETRO

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PIE DE REY VISCOSÍMETRO

AGUA DESTILADA ALCOHOL ETÍLICO

III. FUNDAMENTOS TEÓRICOS:

La viscosidad es lo contrario de la fluidez, generalmente se define como

resistencia al flujo. Los líquidos (y también los gases) pueden fluir, es decir

desplazarse una porción respecto a otra. Las fuerzas de cohesión entre

moléculas originan una resistencia interna a este desplazamiento relativo

denominado viscosidad.

Se llama viscosidad o frotamiento interno a la resistencia experimentada por

una porción de un líquido cuando se desliza sobre otra como consecuencia del

rozamiento molecular. El agua fluye más fácilmente que la melaza y esta con

más facilidad que una pasta de caucho.

Los aceites de motor están clasificados en una escala que corresponde a su

viscosidad .Como la viscosidad normalmente aumenta cuando disminuye la

temperatura tenemos que reemplazar el aceite para motor “pero de verano”

(alta viscosidad) con uno de viscosidad más baja para el tiempo frío.

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En base al modelo cinético molecular. La viscosidad de los gases aumenta al

aumentar la temperatura. La viscosidad de los líquidos disminuye al aumentar

la temperatura. Las viscosidades de los líquidos se miden comúnmente con el

viscosímetro de Ostwald, o para líquidos más viscosos con el viscosímetro de

esfera .La unidad de viscosidad es el poise (1g.cm-1.s –1), es el más favorable

para determinar la viscosidad de un líquido por comparación con otro liquido

cuya viscosidad ya es conocida y en condiciones experimentales idénticas.

VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS

La viscosidad de un líquido puede ser determinado su velocidad de flujo a

través de un bulbo capilar.

Para el volumen (V) de un líquido que fluye a través de un tubo capilar de

radio r, longitud L, en un tiempo t, bajo una diferencia de presión P; su

viscosidad es expresada mediante la ecuación de Poiseuille:

η=π Pr4 t8 LV

La unidad de viscosidad en el SI es el N.s/m2 = Pa.s.: Una unidad antigua,

pero de uso común es la dina/cm2, llamada poise en honor a Poiseuille. Estas

unidades están relacionadas por

1 Pa.s = 10 poise

El gasto Q de un líquido o la viscosidad de volumen de flujo esta dado de la

siguiente manera:

Q=Vt=π (P2−P1 )R

4

8ηL

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Donde V es el volumen del líquido de viscosidad “” escurriéndose a través

de un tubo capilar de longitud de longitud “L” de radio “R” bajo la diferencia

de presión (P2 – P1) en el tiempo “t”.

Despejando “” se tiene:

η=π Pr4 t8 LV

Consideramos dos líquidos de volúmenes iguales y observamos los tiempos

t1, t2 que empleados en atravesar una sección transversal del mismo tubo y

recordemos que (P2 – P1) es proporcional a la densidad del líquido, se

puede establecer que:

η1η2

=ρ1 ( t1±Δt1 )ρ2 ( t2±Δt2 )

Las cantidades t1 y t2 se miden más adecuadamente con un viscosímetro de

Ostwald. Una cantidad definida de líquido se introduce en el viscosímetro

sumergido en un termostato y luego se hace pasar por succión al bulbo B

hasta que el nivel del líquido este sobre una marca a. Se deja escurrir el

líquido 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.

Donde:

η1: es la viscosidad del líquido desconocido.

η2: es la viscosidad del líquido conocido.

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ρ1, ρ2: son las densidades respectivas.

t1, t2: son los tiempos respectivos.

Δt1, Δt2: son los errores absolutos de los tiempos respectivos.

La dependencia entre la viscosidad y la temperatura para el líquido, está

dada por la relación,

Lnη=LnA+ ERT

Despejando η:

η=AeE /RT

Donde: E: es la energía de activación para el flujo

A: es una constante

R: es la constante universal de los gases

T: es la temperatura (en escala absoluta)

IV. EXPERIMENTO

1. Se determinaron las densidades del agua destilada, alcohol y ron, para ello

se hizo uso del picnómetro.

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Ρagua = 1.016 g/ml Ρalcohol = 0.0.834 g/ml Ρron = 0.866 g/ml

2. Se vertió agua destilada en el viscosímetro hasta que llenar el bulbo C.

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;

evitara así que el líquido descienda por gravedad.

4. Destape la rama ancha a fin de que el agua corra y con el cronometro

tome el tiempo que tarda el líquido en pasar del punto A al punto B,

realice este paso 3 veces y anote los valores en la tabla 1.

5. Repita los pasos anteriores para el alcohol. Asegúrese de que el

viscosímetro se encuentre limpio antes de verter el líquido. Mida los

tiempos que demoran en pasar el líquido desde el punto A al punto B y

regístrelo en la tabla 1.

TABLA 1

tabla 1agua alcohol ron

1 5.66 9.78 12.52 5.82 9.9 12.53 5.9 10 12.3

Para el agua (T° amb)

∆ t=√Ei2+Ea

2

Hallando el Error del instrumento:

Ei=√ELM2+E0

2; ELM=E0

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Ei=√2 ELM2=ELM √2; ELM=0.1

2s

Ei=0.07

Hallando el Error Aleatorio:

Ea=3 σ

√n−1;σ=√∑ (X−X )2

nσ=0.0999 , n=3

Ea=0.2119

Reemplazando:

∆ t=√(0.07)2+(0.2119 )2 entonces ∆t=0.22316

Para el alcohol (T° amb)

∆ t=√Ei2+Ea

2

Hallando el Error del instrumento:

Ei=√ELM2+E0

2; ELM=E0

Ei=√2 ELM2=ELM √2; ELM=0.1

2s

Ei=0.07

Hallando el Error Aleatorio:

Ea=3 σ

√n−1;σ=√∑ (X−X )2

nσ=0.08994 , n=3

Ea=0.1908

Reemplazando:

∆ t=√(0.07 )2+ (0.1908 )2 entonces∆ t=0.2032

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Para el ron (T° amb)

∆ t=√Ei2+Ea

2

Hallando el Error del instrumento:

Ei=√ELM2+E0

2; ELM=E0

Ei=√2 ELM2=ELM √2; ELM=0.1

2s

Ei=0.07

Hallando el Error Aleatorio:

Ea=3 σ

√n−1;σ=√∑ (X−X )2

nσ=0.09428 , n=3

Ea=0.200

Reemplazando:

∆ t=√(0.07)2+(0.200)2 entonces∆ t=0.21189

V. EVALUACIÓN

1. Reemplace los valores en la ecuación (3), tomando como dato la viscosidad teórica del agua para la temperatura correspondiente, Tamb, escriba sus resultados en la siguiente tabla.

agua(Tamb) 0.001006 agua(T=50°C) 0.000547alcohol(Tamb) 0.001980 alcohol(T=50°C) 0.000804

ron/mezcla(Tamb) 0.002037 ron/mezcla(T=50°C) 0.000875

Considerando la viscosidad teórica del agua a temperatura ambiente:

❑teórica=1.006 x 10−3 Pa. s

De la relación:

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❑agua

❑alcohol=

ρagua t1ρalcohol t2

(1.006 x10−3)❑alcohol

=(1.016)(5.793 )(0.96)(9.8933 )

❑alcohol=1.62 x10−3Pa . s

❑agua

❑ron /mezcla=

ρa gua t 1ρron /mezcla t 2

(1.006 x10−3)❑ron /mezcla

=(1.016)(5.793 )(0.876)(12.433 )

❑ron /mezcla=1.85 x10−3Pa . s

2. Calcule los errores porcentuales para cada caso. Si el resultado sale mayor al 10% justifique.

Alcohol

Alcohol a T° amb ❑teórico=1.074 x10−3 Pa . s

❑experimental=1.62 x10−3Pa . s

Eexp%=Valor teórico−Valor experimentalValor teórico

x100

Eexp%=1.074 x10−3−1.62 x10−3

1.074 x10−3 x100

Eexp%=−50.83%

Se obtuvo para el alcohol un error del 50.83%, ciertamente elevado, esto se debería a un error en los cálculos en la parte experimental, o de lo contrario,

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ciertamente la sustancia presentaba impurezas, las cuales pudieron alterar los resultados.

Ron

Ron a Tamb

❑teórico=2.23x 10−3 Pa. s

❑experimental=1.62 x10−3Pa . s

Eexp%=Valor teórico−Valor experimentalValor teórico

x100

Eexp%=2.23 x10−3−1.62x 10−3

2.23x 10−3 x 100

Eexp%=27.354%

3. Investigue acerca de los tipos de lubricante utilizado en autos y la relación de los lubricantes con la temperatura.

Un lubricante es una sustancia que, colocada entre dos piezas móviles, no se degrada, y forma asimismo una película que impide su contacto, permitiendo su movimiento incluso a elevadas temperaturas y presiones.

Funciones de los lubricantes

Los lubricantes no solamente deben lubricar. En la mayoría de las aplicaciones deben refrigerar, proteger, mantener la limpieza y algunas veces llevar a cabo otras funciones.

Lubricación. La principal función de un lubricante es simplemente hacer más fácil que una superficie se deslice sobre otra. Esto reduce la fricción, el desgaste y ahorra energía.

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Refrigeración. Cualquier material que reduzca la fricción actuará como un refrigerante, simplemente, porque reduce la cantidad de calor generada cuando dos superficies rozan una contra otra. Muchas máquinas generan cantidades considerables de calor aun siendo correctamente lubricadas, este calor debe ser eliminado para que la máquina funcione eficientemente. Los lubricantes son frecuentemente usados para prevenir el sobrecalentamiento, transfiriendo calor de las áreas más calientes a las áreas más frías. Quizás el ejemplo más familiar de un lubricante empleado como refrigerante es él aceite utilizado en los motores de nuestros vehículos, pero esta función es vital en muchas otras aplicaciones. Los aceites para compresores, los aceites para turbinas, aceites para engranajes, aceites de corte y muchos otros lubricantes deben ser buenos refrigerantes.

Protección contra la corrosión. Obviamente, un lubricante no debe causar corrosión. Idealmente, debe proteger activamente las superficies que lubrica, inhibiendo cualquier daño que pueda ser causado por el agua, ácidos u otros agentes dañinos que contaminen el sistema. Los lubricantes deben proteger contra la corrosión en dos formas diferentes: Deben cubrir la superficie y proveer una barrera física contra el ataque químico, y además, deben neutralizar los químicos corrosivos que se generen durante la operación del equipo.

Mantenimiento de la limpieza. La eficiencia con la cual una máquina opera es reducida sí su mecanismo sé contamina con polvo y arena, o los productos del desgaste y la corrosión. Estas partículas sólidas pueden incrementar el desgaste, promover más corrosión y pueden bloquear las tuberías de alimentación de lubricante y los filtros. Los lubricantes ayudan a mantener las máquinas limpias y operando eficientemente, limpiando los contaminantes de los mecanismos. Algunos lubricantes, contienen además aditivos que suspenden las partículas y dispersan los contaminantes solubles en el aceite. Esto detiene la acumulación y depósito sobre las superficies de trabajo lubricadas.

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Los lubricantes utilizados para aplicaciones particulares pueden requerir otras funciones además de las descritas anteriormente. Por ejemplo:

Sellado. El aceite utilizado en motores de combustión interna debe proveer un sellado efectivo entre los anillos del pistón y las paredes del cilindro. El sellado es también importante en la lubricación de bombas y compresores.

Transmisión de Potencia. Los aceites hidráulicos son usados para la transmisión y control de la potencia, al igual que lubrican el sistema hidráulico.

Aislamiento. Los aceites de aislamiento son utilizados en los transformadores eléctricos e interruptores de potencia.

Los aceites y lubricantes se clasifican de acuerdo al nivel de servicio (*api) y al grado de viscosidad (**sae).

APIEl API clasifica los aceites para motores a gasolina con la letra S (servicio) y una segunda letra que indica el nivel de desempeño del aceite referida al modelo o año de fabricación de los vehículos, como lo son: SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SH, SJ.

Con la letra C (comercial) los aceites para motores diesel y una segunda letra que se refiere al año, al tipo de operación y al diseño, como lo son: CA, CB , CC, CD, CD-II, CE, CF, CF-2, CF-4, CG-4.

Las letras GL que son para aceites de transmisión y diferenciales como: GL-1, GL-2 , GL-3 , GL-4 , GL-5.

SAELa SAE clasifica los aceites de motor de acuerdo con su viscosidad en:

UNIGRADOS. Los cuales son: SAE 40 y SAE 50.

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MULTIGRADOS. Los cuales son: SAE 20W- 40, SAE 20W-50 y SAE 15W-40.

De este par de aceites los multigrados brindan mayores beneficios, tales como:

Facilitan el arranque en frió del motor protegiéndolo contra el desgaste.

Su viscosidad se mantiene estable a diferentes temperaturas de operación. Ahorran en consumo de combustible y aceite.

Relación de los lubricantes con la temperatura

La viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura.

La variación de la viscosidad con la temperatura no es igual para todos los aceites.

4. Determine el coeficiente de viscosidad para una mezcla que contenga el 50% de agua destilada + 50% de ron.

Coeficiente de viscosidad para una mezcla 50% agua destilada y 50% ron. Se hallará para una temperatura ambiente.

ηagua+ron=ηagua (ρagua

ron

x t aguaron

ρagua x t agua)

VI. CONCLUSIONES:

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Las viscosidades de los líquidos se pueden calcular a partir de las densidades que se calculan para cada temperatura.

Los líquidos con viscosidades bajas fluyen con mayor facilidad, a diferencia de los líquidos con viscosidades altas los cuales fluyen de manera más lenta.

Se pudo observar experimentalmente que cuando un líquido se encuentra a una mayor temperatura afecta en su viscosidad ya que esta disminuye. Por tanto se puede decir que la temperatura afecta de forma inversamente proporcional a su viscosidad.

VII. RECOMENDACIONES:

El picnómetro debe ser llenado en su totalidad para su posterior pesado.

Para una mejor experiencia después de usar el instrumento con el líquido, lávese y séquese para que los líquidos no se mezclen y así evitar que no hayan inconvenientes cuando el líquido fluya.

Para una mejor medición se recomienda tomar los tiempos de manera que se respeten los puntos de referencia marcados al tomar el tiempo cuando el líquido fluya por el viscosímetro.

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