pdf-informe-de-viscosidad-y-tension-superficial compress
Anuncio
U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA PRÁCTICA Nro. 5 VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL DOCENT DOC ENTE: E: ING ING.. L LEON EONARD ARDO OC CORO ORONEL NEL RODRIG RODRIGUEZ UEZ AUXIL AU XILIAR IAR:: UN UNIV IV.. MO MONIC NICA A AN ANCA CASI SI EST STU UDIANTE: UNIV. L LU UQUE Y YA ANA A AR RTURO F FE ELIX CARR CA RRER ERA: A: IN INGE GENIE NIERIA RIA IIND NDUS USTR TRIAL IAL GRUPO: PARALELO A FECHA: 23 / 04 / 2015 GESTIÓN: I/2015 LA PAZ – BOLIVIA LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL ÍNDICE 1. ÍNDICE 2. RESUMEN 3. OBJE OBJETI TIVO VO GENE GENERA RALL 4. OBJE OBJETI TIVO VOSS EESP SPEC ECÍF ÍFIC ICOS OS 5. MARCO MARCO TEÓR TEÓRIC ICO O FUNDA FUNDAME MENTO NTO TEÓRIC TEÓRICO O 6. MATE MATERI RIAL AL Y REAC REACTI TIVO VOSS 7. PR PRO OCEDIM EDIMIE IEN NTO 8. DATO DATOSS Y/O Y/O OBSE OBSERV RVAC ACIO IONE NESS 9. CÁ CÁLC LCUL ULOS OS Y RE RESU SULT LTAD ADOS OS 10. GRÁF GRÁFIC ICOS OS 11. RESPUEST RESPUESTA A A LAS PREGUNTAS PREGUNTAS 12. CONCLU CONCLUSI SIONE ONESS 13. BIBLIO BIBLIOGR GRAFÍ AFÍA A 14. 14. ANEX ANEXOS OS LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL RESUMEN En la siguiente prácca de laboratorio se busca busca validar la ley de Stokes en los fuidos viscosos viscosos,, reales, a través de la experimentación en un fuido real en en la que se realizaran una serie de medidas asílade determina velocidad velocid ad de viscosidad este cuerpo con este dato proseguirá a determinar viscosidad delaeste fuido.La esesérico, la resistencia a fuir de se losprosegui líquidosrá y la tensión supercial es la medida de las uerzas de atracción at racción intermoleculares intermoleculares hacia el interior entre parculas liquidas. 5.1 OBJETIVO GENERAL Calcular la viscosidad absoluta de diversos fuidos de manera experimental y comparar, los valores obtenidos, con los suministrados por los abricantes. Medir la tensión supercial de dierentes líquidos mediante el método del ascenso capilar. 5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar absolutapor de una tres esera aceitesenmulgrados mediante la relación que existe entre la elviscosidad empo empleado recorrer una cierta distancia al ser introducida en el fuido (Método de Stokes). Comparar valores experimentales de viscosidad, viscosidad, con los aportados por el abricante para evaluar el error porcentual. Determinar la tensión supercial de tres líquidos dierentes. 5.3 FUNDAMENTO TEÓRICO 5.3.1 Viscosidad De todas las propiedades de los fuidos, la viscosidad requiere la mayor consideración en el estudio del fujo de los fuidos. La viscosidad expresa la acilidad que ene un fuido para fuir cuando se la aplica una uerza externa: El coeciente de viscosidad absoluta, o simplemente la viscosidad absoluta de un fuido, es una medida de resistencia, al deslizamien deslizamiento to o a surir deormaciones internas. La melaza es un fuido muy viscoso en comparación con el agua. La viscosidad es una maniestación del movimiento molecular dentro del fuido. Las moléculas de regiones con alta velocidad global chocan con las moléculas que se mueven con una velocidad global menor, y viceversa, estos choques permiten transportar candad de movimiento de una región de fuido a otra. Los fuidos presentan dierentes propiedades que los disnguen, como la viscosidad, densidad, peso especíco, volumen especíco, presión, etc. Al analizar las disntas propiedades que poseen los fuidos, la viscosidad requiere la mayor consideración para el estudio de estos materiales; su naturaleza y caracteríscas, así como las dimensiones y actores de conversión. Todo fuido ene una viscosidad especíca bajo ciertas condiciones cuando se mueve alrededor de un cuerpo o cuando un cuerpo se mueve dentro del fuido, se produce una uerza de arrastre ( F a) sobre este. Si el cuerpo en estudio es una esera, está uerza de arrastre viene dada por la expresión según la ley de Stokes: LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL F a=6 ∙ π ∙ μ ∙ r ∙ v Donde es la viscosidad absoluta del fuido; r esa el radio de la esera; v la velocidad de la esera con respecto al fuido. Considerando lo anterior si se deja caer una esera en un recipiente con un fuido, debe exisr una relación entre el empo empleado en recorrer una determinada distancia y la viscosidad de dicho fuido. Construyendo el diagrama de cuerpo libre de una esera se ene: E: Empuje hidrostáco P: Peso de la esera Fa: Fuerza de arrastre Aplicando la segunda Ley de Newton: ∑ f = ma− P + E + F a=ma Expresando en unción de los parámetros cinemácas nos queda: P− E −6 πμrv = mdv dt Pero: dv a = =0 v = ctte. Nos dt queda, mg− E −6 πμrv = 0 Dividiendo todo entre la masa, 6 πμr mg − E − v+ =0 m m ( ) ( ) Se puede designar dos constantes para abreviar la ecuación dierencial: mg − E 6 πμr B= m m Por lo tanto: − Bv + A =0 si v =ctte A= Δx Δt Entonces: AΔt B= ( experimental ) Δx Sustuyendo los valores mg− E ∗ Δt Δt 6 πμr m = m Δx Despejamos la viscosidad sabiendo que v= 4 E= π 3 Nos queda: LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA 3 mg −4 π r μ= 3 18 πr ρg INGENIERIA INDUSTRIAL ∗Δ t Δx Viscosidad experimental en el cual ulizaremos esta deducción para los cálculos de esta prácca. 5.4 VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINÁMIC DINÁMICA A Es la uerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de distancia, cuando el espacio que los separa está lleno con un fuido y uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también denominado viscosidad dinámica; coeciente de viscosidad. La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el pascal segundo (Pa·s) o también newton segundo por metro cuadrado (N·s/m2), o sea kilogramo por metro segundo (kg/m·s). Esta unidad se conoce también con el nombre de poiseuille (PI) en Francia, pero debe tenerse en cuenta que no es la misma que el poise (P) descrita a connuación: El poise es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y ene dimensiones de dina segundo por cenmetro cuadrado o de gramos por cenmetro cuadrado. El submúlplo el cenpoise (cP), 10-2 poises, es la unidad más ulizada para expresar la viscosidad dinámica dado que la mayoría de los fuidos poseen baja viscosidad. La relación entre el pascal segundo y el cenpoise es: 1 Pa·s =1 N·s/m 2 = 1 kg/ (m·s) =103cP 1 cP = 10-3Pa·s 5.5 VISCOSIDAD CINEMÁTICA Es la razón de viscosidad a densidad de masa. En el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemáca cinemáca es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS correspondiente es el stoke (St), con dimensiones de cenmetro cuadrado por segundo y el censtoke (cSt), 10 2 stokes, que es el submúlplo más ulizado. 1 m2/s = 106cSt 1 cSt = 10 -6 m2/s v= ❑ ρ 5.6 VISCOSIDAD DE LOS ACEITES Los aceites presentan notables dierencias en su grado de viscosidad o fuidez, infuyendo mucho estas dierencias en algunas de sus aplicaciones. El grado de viscosidad de los aceites ene importancia en los aceites desnados a arder y los ulizados como lubricantes. En los primeros infuye la viscosidad de modo que los aceites fuidos ascienden ácilmente por capilaridad en las mechas de las lámparas, mientras que los muy viscoso o poco fuidos requieren disposiciones disposiciones especiales para conseguir que llegue a la llama en la unidad de empo suciente candad de combusble. Cuando se emplea aceites como lubricantes, la materia grasa debe tener consistencia apropiada para impedir el contacto inmediato de las supercies que rotan entre sí impidiendo con ello se desgaste; para lograr esto conviene que la materia grasa no sea demasiado fuida ni tampoco demasiado viscosa. LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL 5.7 SISTEMAS DE UNIDADES S.I.: N·s/m2 = kg/m·s C.G C.G.S.: g/cm g/cm·s ·s = po pois isee S.B.G S.B .G.: .: slu slug/ g/·s ·seg eg S.I.I.: lb·seg/2 5.8 CLASIFICACIÓN DE LOS ACE ACEITES ITES La clasicación de los aceites atendiendo a su velocidad, generan en la equeta de los envases una serie de siglas, acompañados por unos dígitos, idencando el grado de viscosidad del lubricante, qué se reere a su temperatura sin añadir datos alguno de sobre atrás apreciaciones o condiciones.. El índice de viscosidad representa la tendencia más o menos que se espera a medida condiciones que se enría o se calienta. Los aceites mulgrados con base sintécos se obenen haciendo una mezcla de aceites de síntesis de baja graduación SAE y de aceites mineral de altas viscosidad. La Organización de Estandarización Internacional ISO ISO,, estableció su ordenación para los lubricantes de aplicación industrial, o a la Sociedad de Ingenieros de Automoción-Society o Automove Engineers- (SAE (SAE)) de los Estados Unidos, creo su escala de denominación para denir rangos de viscosidad en los lubricantes de automóviles. 5.8.1 Clasificación SAE La Sociedad de Ingenieros de Automotores de EE.UU. (SAE) clasicó a los aceites según su viscosidad adoptando como temperatura de reerencia 100 grado cengrado y manteniendo la viscosidad en censtoke (cst). Se dividió el rango total de viscosidades de los aceites en grupos arbitrarios designados por los siguientes números: 20, 30, 40 y 50, originalmente exisó un grado 60 que luego ue suprimido. Esta clasicación no tuvo en cuenta que un aceite SAE 20 en condiciones de baja temperatura aumentaba considerablemente considerablemente su viscosidad no siendo apto para una operación correcta en climas ríos. Surgen así los aceites po W (winter: invierno) que cubrirían esta deciencia. Se amplió entonces la clasicación incorporando incorporando los grados SAE 5W, SAE 10W, SAE 20W a los ya existentes. Estas primeras clasicaciones sólo tomaron en cuenta la viscosidad del aceite, posteriormente con el advenimiento de los adivos mejoradores se incorporan siglas que caracterizan al aceite también por sus propiedades especicas (ejemplo: (ejemplo: HD SAF 30, SAF 20 S1, etc.) como tener capacidad detergente-dispersante, detergente-dispersante, propiedades an desgaste, propiedades ancorrosivas, etc. 5.8.2 Clasificación SAE de Vi Viscosidad scosidad de Aceites Para Mot Motor or (SAE J3O6, DIC 96) LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL Nota: 1 cP = 1 mPa x s; IcSt = 1 mm2/s (*) Los Grados 0w/40, 5w/40, 10w/40 (**) Los Grados 15w/40, 20w/40, 25w/40, 40 5.8.3 Aceites Multigrado Con el uso de adivos mejoradores de índice de viscosidad y parendo de bases renadas es posible ormular aceites cuya viscosidad a altas y bajas temperaturas le permiten cumplir con los requerimientos del servicio. servicio. De esta manera se obenen aceites de caracteríscas SAE 30 a 100°C y SAE 10W a -20°C, son los denominados "mulgrado" generalmente designados SAE 10W30 o similares. Las ventajas de usar aceites mulgrados son: Facilidad de arranque en río. Rápida entrada en régimen térmico del motor. Ahorro de baterías y sistemas de arranque. Adecuada viscosidad en todo el rango de temperatura. 5.8.4 Clasificación de Vi Viscosidad scosidad ISO para Aceites Lubricantes Industriales A lo largo del empo se ha adoptado dierentes siglas (ASTM, DIN, etc.) para clasicar los Aceites Lubricantes Industriales por su viscosidad medida en diversas unidades, llevando a la necesidad del uso de tablas de conversión para pasar de un sistema a otro. Esta situación generó en los Instutos de Normalización de los piases miembros de la Organización Internacional de Estandarización (ISO) el deseo de uniormar criterios para crear un único sistema de clasicación. clasicación. 5.8.5 Sistema ISO de Cl Clasificación asificación Según la Viscosidad para Aceites Industriales Nota: la clasicación ISO corresponde a la norma COVENIN 1121 Este esuerzo conjunto permió el nacimiento de la clasicación ISO para Aceites Lubricantes Industriales, con las siguientes caracteríscas: LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL Posee 18 grados de viscosidad entre 2 y 1500 censtokes (cst) a 40 °C, cubriendo la totalidad del rango de viscosidad, desde los aceites más livianos a los más pesados. Cada grupo se designa el número a su viscosidad cinemáca media. Cada grupo representa un intervalo de viscosidad generado apartar de su viscosidad cinemáca media +/- 10% de este valor. Cada viscosidad cinemáca cinemáca media es aproximadamente 50% mayor a la correspondiente al grado anterior. 5.9 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN API Motores a gasolina Algunas designaciones son: SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SU. El primero usado para motores a gasolina y Diesel. 5.9.1 Clasificación Api (Instituto de Petróleo Americano) de Cali Calidad dad de Los Aceites Para Motor Clasicación de servicio API Gasolina Servicio API previo Descripción de los abricantes de equipos y especicaciones especicac iones militares relacionadas SA SB ML MM SC MS (1964) SD MS (1968) Aceite mineral Aceite inhibido(1930) Garana de servicio para motores a gasolina(19641967) Garana de servicio para motores a gasolina(19681971) Garana de servicio para motores a gasolina(19721980)/MIL-L-46152 y MIL-L46152A Garana de servicio para motores a gasolina(19801988)/MIL-L-46152B Garana de servicio para motores a gasolina(19891992)/MIL-L-46152D Garana de servicio para motores a gasolina(19931996) Garana de servicio para motores a gasolina(19962000) Garana de servicio para motores a gasolina(2001) SE Gasolina SF SG SH SJ SL 5.10 ALGUNOS DE LOS MEDIDOS DE VISCOSIDAD CONOCIDOS CONOCIDOS 5.10.1 Viscosímetro Es un instrumento para medir la viscosidad de un fuido. 5.10.2 Viscosímetro de ttubo ubo capilar capilar Consiste en 2 recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño conocido como tubo capilar. Conorme al fuido fuye a través del tubo con una velocidad cte. El sistema pierde energía, LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL ocasionando una caída de presión. La magnitud de la caída de presión está relacionada con la viscosidad del fuido mediante la siguiente ecuación: 4 πγ D μ= ∆H 128 LQ 5.10.3 El Viscosímetro Saybolt La acilidad con que un fuido fuye a través de un oricio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad, este es el principio por el cual está basado el viscosímetro universal. La muestra del fuido se coloca en el aparato después de que se establece el fujo se mide el empo requerido para colectar 60 ml de fuido. El empo resultante se reparta como la velocidad del fuido en segundos universales de Saybolt. La expresión aproximada entre viscosidad y segundos Saybolt es: υ =0.002 t − 1.80 t Dónde: υ se expresa en stokes y t en segundos. 5.10.4 Viscosímetro de Oswald-Cannon-Fenske En esencial el viscosímetro es un tubo "U" una de sus ramas es un tubo capilar no conectado a un deposito superior. El tubo se manene en posición vercal y se coloca una candad conocida del fuido él depósito para que luego Huya por gravedad a través de un capilar. Los procedimientos exactos para llevar a cabo estas pruebas estándar dado en los estándar de la American Society For Tesng and Materials. 5.10.5 Viscosímetro de Cilindro Concéntrico Por medio de un cilindro que gira a una cierta velocidad con respecto a un cilindro interno concéntrico estacionario estacionario se determina du/dy al medir el momento de torsión sobre el cilindro estacionario es posible calcular el esuerzo cortante. El cociente entre el esuerzo cortante y el cambio de velocidad expresa la viscosidad. Si la velocidad de rotación es N rpm y el radio es r 2, la velocidad del fuido en la supercie del cilindro externo está dada por2πr2N/60. Con una separación entre cilindro y cilindro 2 π r2 N du dy = 60 b La ecuación se basa en b<<r 2. El momento de torsión T C sobre el cilindro interno se mide con un alambre de torsión del cual pende el cilindro. Si se ajusta un disco al alambre su rotación es determinada por una aguja ja. Si se desprecia el momento de torsión debido al fuido por abajo del ondo del cilindro interno el esuerzo cortante es: TC τ= 2 2 π r1 h De esta manera la ecuación para la viscosidad nos queda: 15 T C b μ= 2 2 π r 1 r 2 hN 5.10.6 Viscosímetro de Caí Caída da Libre Libre LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL Consiste en varios tubos llenos con líquido "estándares" de viscosidades conocidas con una esera de acero en cada tubo. El empo necesario para que la esera recorra la longitud total del tubo depende de la viscosidad del líquido. Si se coloca la muestra en un tubo análogo es posible aproximar el valor de la viscosidad por comparación con los otros tubos. Para esta prácca ulizaremos el método de STOKES para la obtención de la viscosidad. Sr. Jeorge Grabiel Stokes Matemáco y Físico Irlandés Bornat. Skreen 1819. Autor de trabajos en Hidrodinámica, encontró encontró la Ley que rige la caída de sólidos eséricos en el seno de un fuido denominada con su nombre. STOKES Símbolo "st"; Es una unidad de la viscosidad cinemáca de un fuido que tenga una viscosidad dinámica de 1 poise, y una densidad de 1 gramo por cenmetro cúbico. 5.11 TENSIÓN SUPERFICIAL La Tensión supercial o energía libre supercial es el trabajo necesario para incrementar, a temperatura constante y de modo reversible, el área de la supercie de un líquido en una unidad. Las unidades de tensión supercial son: erg/cm2, Joules/m2, dinas/cm o Nt/m. Para realizar la determinación de la tensión supercial se mide la altura que alcanza un líquido dentro de un tubo capilar abierto en ambos extremos de acuerdo a: γ = 1 rhρg 2 Donde: γ es la tensión supercial r es el radio iinterno nterno del tubo tubo capilar h es la altura alcanzada alcanzada por el líquido ρ es la densidad del líquido g es la aceleración aceleración de la la gravedad La tensión supercial es la medida de la potencia de las uerzas intermoleculares. intermoleculares. La tensión supercial depende de la clase de sustancia y disminuye con un aumento de la temperatura. 5.12 MATERIALES Y REACTIVOS 5.12.1 Materiales ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 LUQUE YANA ARTURO FELIX MATERIAL Tubo de Vidrio Embudo Perdigón de acero Cronometro Imán Fluxómetro Vernier Ve Vaso de precipitado Escala milimétrica Tubo capilar Matraz Aorado CARACTERISTICA 150cm 5mm diam 100 cm 250 cc 10 cm 50 cm3 QMC – 101L CANTIDAD 1 1 5 1 1 1 1 1 1 3 4 VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA 12 INGENIERIA INDUSTRIAL Balanza Eléctrica hasta 0.001 1 5.12.3 Reactivos ITEM 1 2 3 4 5 6 REACTIVO Agua deslada Aceites automácos Alcohol elico Éter elico Cloroormo Benceno CARACTERISTICA CANTIDAD 300 cc 300 cc 200 cc 200 cc 200 cc 200 cc Dierentes visc. p.a. p.a. p.a. p.a. 5.13 PROCEDIMIENTO 5.13.1 Viscosidad Determinar el diámetro de la esera y su masa. Determinar la densidad de cada aceite (reerencia a prácca Nº1). Se coloca la esera en el pasador horizontal del tubo. Se sumerge cuidadosamente el pasador. Se deja descender libremente la esera, cuidando que no roce las paredes del tubo y cuando laesera pase por la reerencia indicada, se acciona el cronómetro. Una vez que la esera pase por la segunda reerencia indicada, se deene el cronómetro y se tomanota del empo empleado. Se repite la operación anterior 5 veces por cada aceite empleado en la prácca. Compar Com paree los valore valoress de las dis disnt ntas as vis viscos cosida idades des experi experimen mental tales es con el obteni obtenido do mediante labibliograa y los respecvos errores porcentuales obtenidos. 5.13.2 Tensión Superficial Llene el vaso de precipitados de 250 cc con el líquido en estudio Calibre un capilar pesando el capilar seco y vacío y luego lleno de líquido. Con el peso del líquido, la densidad del líquido y la longitud del tubo determine el diámetro interno del tubo capilar. Introduzca con mucho cuidado el tubo capilar y determine con ayuda de la escala milimétrica la altura h del ascenso capilar. Determine la tensión supercial y compare con los valores bibliográcos Repita el procedimiento para dierentes líquidos. LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL 5.14 DATOS Y/O OBSERVACIONES Viscosidad 1) ACEITE SAE 30 Medición Masa [[gg] 1 0.701 2 0.700 3 0.699 4 0.698 5 0.700 Promedio 0.699 Distancia [c [cm] 56 56 56 56 56 56 Tiempo [[ss] Densidad Ac Aceite [[gg/cm3] Diám Diámet etro ro Esf Esfer eraa [mm] [mm] 2.62 0.890 0.60 2.20 0.890 0.60 1.72 0.890 0.60 2.00 0.890 0.60 2.04 0.890 0.60 2.12 0.890 0.60 Medición Masa [[gg] 1 0.130 2 0.129 3 0.128 4 0.130 5 0.131 Promedio 0.130 Distancia [c [cm] 50 50 50 50 50 50 Tiempo [[ss] Densidad Ac Aceite [[gg/cm3] Diám Diámet etro ro Esf Esfer eraa [mm] [mm] 4.79 0.890 0.31 4.50 0.890 0.31 5.15 0.890 0.31 5.05 0.890 0.31 5.00 0.890 0.31 4.90 0.890 0.31 Tensión superficial Medició Masa Ma sa cap capil ilar ar vac vacío ío[g [g]] Masa Masa cap capil ilar ar lle lleno no [g] [g] Long Longit itud ud del del cap capil ilar ar [[cm cm]] dens densid idad ad d del el líq líqui uido do[g [g/c /cm m3] n 1 0.150 0.198 7.3 1.00 (H2O) 2 0.149 0.173 7.3 0.789 (CH3CH2OH) 3 0.150 0.182 7.3 1.49 (CHCl3) 4 0.149 0.172 7.3 0.876 (C6H6) Medida Agua Etanol Cloroform o Benceno Altura alcanzada [cm] 3.4 1.6 2.1 2.5 5.15 CÁLCULOS Y TRATAMIENTO DE DATOS Viscosidad ACEITE SAE 30 LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL Determinar el diámetro de la esfera y su masa. Para el diámetro 1: d esfera 1=0.60 cm Como: 2 r= d Entonces: r esfera 1=0.30 cm Para la masa 1: m promedio1 = 0.701 + 0.700 + 0.699 + 0.698 + 0.700 5 m promedi promedio o 1 = 0.699 g Para el diámetro 2: d esfera 2=0.31 cm Como: 2 r= d rEntonces: esfera 2 =0.155 cm Para la masa 2: m promedio2 = 0.130 + 0.129 + 0.128 + 0.130 + 0.131 5 m promedio2 =0.130 g Determinar la densidad del aceite. ρaceite =0.890 g 3 cm Calculo de las velocidades: v1 = ∆x cm 56 = =26.42 ∆ t 2.12 s v 2= cm 50 Δx = 10.20 = s Δt Δ t 4.90 Calcule las viscosidades de cada aceite. 3 mg− 4 π r μ= 3 ρaceite g 18 πr ∗Δ t Δx Sabemos que: LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL Δt 1 1 = = Δx Δx v Δ Δtt Reemplazando en la ecuación original nos queda: Para 1: 3∗0.699∗980 −4∗ π ∗0.30 3 ∗ 0.890∗980 18∗ π ∗0.30 μ1= ∗1 26.42 μ1=3.92 g =3.92 poises =392 cP= 0.392 Pa− s cm − s Para 2: 3∗0.130∗980 −4∗ π ∗0.155 3 ∗ 0.890∗980 18∗π ∗0.155 μ2= ∗1 10.20 μ2=3.82 g =3.82 poises =382 cP= 0.382 Pa− s cm− s Compare los valores de las disntas viscosidades experimentales con el obtenido mediante la bibliograa. υ 1= υ 2= μ1 ρaceite μ2 ρaceite = = 3.92 0.890 3.82 0.890 =4.404 stokes =440.4 cst =4.292 stokes = 429.2 cst La bibliograa “Streeter” presenta la siguiente viscosidad dinámica teórica de los disntos aceites aplicados en la prácca y es mostrado en la tabla: TEÓRICA (Pa∙s) SAE 20W-50 2.168 SAE 15W-40 1.298 SAE 10W-30 0.723 El valor bibliográco indica que la viscosidad de este aceite es de 0.723 Pa ·s dependiendo de la temperatura. Los valores obtenidos experimentalmente deberían estar por ese rango. Calcule los respecvos errores porcentuales obtenidos. Con μ1 y μ2 : ´= μ 3.92 + 3.82 =3.87 2 LUQUE YANA ARTURO FELIX poises QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL S μ=√ ∑ ¿ ¿ ¿ ¿ E μ= Sμ √ n−1 = 0.071 √ 2−1 =0.071 % ε μ = 0.071 ∗100=1.8 1.83 3% 3.87 Entonces: μ= 3.87 poises poises± ± 1.8 1.83 3% Tensión superficial Determine el diámetro interno del tubo capilar. El cálculo del diámetro se realizara con la masa obtenida del agua que es igual a su volumen de la siguiente manera: mcapilarlleno − mcapilarvacio = mH O 2 Pero se sabe que la densidad del agua es 1g/cm3 entonces: m H O =V H 2 2 O El capilar se lo puede considerar como un cilindro de diámetro uniorme, entonces se ene: π 2 V H O = ∗ d ∗halcanzada 4 2 Despejando el diámetro queda: 4 VH O d= π∗h alcanzada √ 2 Reemplazando datos se ene: 4∗ 0.048 d= = 0.0915 cm π ∗7.3 Para el radio: d 0.0915 r= = √ 2 2 r =0.0458 cm Determine la tensión supercial de cada líquido. Con: 1 γ = 2 ∗r ∗halcanzada ¿ ρ liquido∗g LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL Tensión supercial para el agua: 1 γ H O = ∗0.0458∗3.4∗1∗980 2 2 g γ H O =76.30 2 2 =0.0763 s N m γ H O =0.0763 N m 2 Tensión supercial para el alcohol elico: 1 γCH C H 2 OH = 3 γCH C H 2 OH = 28.33 3 γCH 3 2 ∗0.0458∗1.6∗0.789∗980 g s C H 2 OH = 0.0283 = 0.0283 2 N m N m Tensión supercial para el cloroformo: 1 γ C H C l = ∗0.0458∗2.1∗1.49∗980 3 2 γ C H C l = 70.22 3 g s =0.0702 2 N m N m Tensión supercial para el benceno: γ C H C l = 0.0702 3 γC 6 H6= 1 2 ∗ 0.0458∗2.5∗0.876∗980 49.15 γC γC 6 6 H 6 = g 0.0491 s2 = H 6 =0.0491 N m N m 5.16 CONCLUSIONES El experimento a pesar de su corto desarrollo, tuvo pequeñas allas que por suerte no intervinieron en gran parte dentro de los cálculos realizados, estos ueron debidos principalmente a la precisión de los cronómetros. Si bien hubo errores sistemácos personales, se puede asegurar que también hubo errores de precisión en el mecanismo de los cronómetros. LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL En el experimento se comprueba por lo observado en el recorrido realizado por las eseras, se pudo ver con claridad la existencia de un arrastre de éstas principalmente al llegar a la parte inerior, denotándose de esta manera la existencia de la viscosidad del aceite comprobándose las propiedades y análisis de la teoría. Concluyendo de este modo que la viscosidad es ciertamente una propiedad muy importante dentro de los fuidos y, la cual puede disnguir uno de otro. Según los resultados obtenidos para la viscosidad experimental podemos deducir que el método empleado (Stokes) para su determinación resulta un tanto eecvo, ya que los errores obtenidos son relavamente aceptables y sencillo para determinar la viscosidad dinámica de un fuido. La tensión supercial de igual orma se verica, poniendo en consideración la ormula proporcionada por la teoría la cual se usó para determinar la misma. Los datos no ueron del todo precisos debido al dierente error sistemáco que pudo exisr. En síntesis los datos tomados verican lo que la teoría nos dice. Se logró calcular las viscosidades de los aceites de acuerdo a los datos experimentales obtenidos de orma correcta, lo mismo pasó con la tensión supercial. 5.17 BIBLIOGRAFÍA Eugene A. Avallone, Theodore Bauemeister III, Manual de Ing. Mecánico, Tercera Edición. Editorial McGraw-Hill, 1999. Victor L. Streeter Mecánica de los Fluidos, Editorial Mc Hill, Novena Edición. Gerhart, R. Groos y J. Hochsen Fundamentos de Mecánica de Fluidos. (1995) Wilmington, Delaware, USA. Addison-Wesley Iberoamericano, S.A. Segunda Edición. Jaime Zapata Guía para laboratorio de Mecánica de Fluidos, Guayana 1989. Manual del lubricante PDV. Manual de líneas de lubricantes BP. 5.18 ANEXOS LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL U.M.S.A. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA LUQUE YANA ARTURO FELIX INGENIERIA INDUSTRIAL QMC – 101L VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICI SUPERFICIAL AL
