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7/26/2019 Laboratorio 1 - Mecanica de Fluidos - Propiedades de viscosidad End.pdf

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LABORATORIO O1:MECNICA DE FLUIDOS II

PROPIEDADES DE VISCOSIDAD

Integrantes:

Alfaro Balczar, Alex Jean Pool

Garca del Prado Luis

Segura Palomino Dimmy

Carrera:Tecnologa Mecnica Elctrica

Grupo: C10 F - 5 Ciclo

Docente:Ing. Ernesto Jimeno

Fecha de realizacin: 22/03/16Fecha de entrega: 05/04/16

La libertad-Trujillo2016I


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I. VISCOSIDAD DE UN FLUIDO

1. OBJETIVO:

Comprender a travs de experimentos, el significado de la viscosidad.

2. FUNDAMENTO TEORICO:

Si se deja caer dentro de un fluido una esfera, esta se mueve bajo la accin

de las siguientes fuerzas: el peso, el empuje (se supone que el cuerpo est

completamente sumergido en el seno de un fluido), y una fuerza de

rozamiento que es proporcional a la velocidad de la esfera (suponemos que

el flujo se mantiene en rgimen laminar).

El peso es el producto de la masa por la aceleracin de la

gravedad g. La masa es el producto de la densidad del

materialepor el volumen de la esfera de radio R.

2.1

De acuerdo con elprincipio de Arqumedes, el empuje es

igual al producto de la densidad del fluidof, por el volumen

del cuerpo sumergido, y por la aceleracin de la gravedad.

2.2

La fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad, y su expresin se

denominaley de Stokes

2.3

Donde es laviscosidad del fluido.

La ecuacin del movimiento ser, por tanto,

2.4

La velocidad lmite, se alcanza cuando la aceleracin sea cero, es decir,

cuando la resultante de las fuerzas que actan sobre la esfera es cero.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#F%C3%B3rmula%20de%20Stokeshttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#F%C3%B3rmula%20de%20Stokeshttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#F%C3%B3rmula%20de%20Stokeshttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#Viscosidadhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#Viscosidadhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#F%C3%B3rmula%20de%20Stokeshttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#F%C3%B3rmula%20de%20Stokeshttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/viscosidad/viscosidad.htm#F%C3%B3rmula%20de%20Stokeshttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm


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2.5

Despejamos la velocidad lmite vl

2.6

Supondremos que la bolita ha alcanzado la velocidad lmite

constante cuando pasa por la marca superior, momento en el que

se empieza a contar el tiempo. El valor de dicha velocidad se

obtiene dividiendo el desplazamiento x entre el tiempo en el que tarda el mvil

en desplazarse t.

2.7

Antes de realizar el clculo, se

deber expresar todos los datos en

el Sistema Internacional de

unidades de medida:

La velocidad lmite vlen m/s,

La densidad de la esferaey del

fluidof en kg/m3(se proporciona el

dato de la densidad en g/cm3). El

radio Rde la esfera en m.

Finalmente, se despejar la

viscosidad y se expresar en las unidades correspondientes.

La viscosidad expresada, , de la forma anterior se le conoce comoViscosidad dinmica pero en algunos problemas de hidrulica es comn

utilizar otro tipo de viscosidad que relaciona a la viscosidad dinmica y la

densidad, a la cual se le denomina Viscosidad cinemtica (), cuya frmula

es
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/unidades/unidades.htm#Unidades%20SI%20derivadas%20expresadas%20a%20partir%20de%20las%20que%20tienen%20nombres%20especialeshttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/unidades/unidades.htm#Unidades%20SI%20derivadas%20expresadas%20a%20partir%20de%20las%20que%20tienen%20nombres%20especialeshttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/unidades/unidades.htm#Unidades%20SI%20derivadas%20expresadas%20a%20partir%20de%20las%20que%20tienen%20nombres%20especiales


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3. EQUIPOS, MATERIALES, REACTIVOS:


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4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

A. Se mide el dimetro del perdign con un micrmetro.

MEDIDAS CON EL INSTRIMENTO DE MEDICIN: (MICRMETRO)

Dimetro del Perdign: 7.93 mmRadio del Perdign: 7.93 mm / 2 = 3.975mm

Hallamos el volumen del PerdignMasa del Perdign: 3 gr.

Volumen del Perdign:

Volumen del Perdign:4

3 0.00397 = V = 2.63 10

m

.

. = 7576kg/m3

B. Se anota para cada experiencia la distancia entre marcas (26 cm).C. Se mide el tiempo que tarda la pequea esfera en recorrer una

distancia dada en el interior del tubo vertical que contiene el fluido.


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En esta etapa principalmente se vierte una cantidad moderada deACEITE SAE 90 para anotar las medidas necesarias para el desarrollo

de la Tabla 1.2

En esta etapa se colocara la perdigonera de acero hacia la probeta con elAceite para que en la etapa siguiente se mida el tiempo de cada.


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1) 0.83 segundos2) 0.73 segundos3) 0.74 segundos

Rf = 0.76 segundos

En esta etapa se logr realizar las medidas de tiempo, en que demora en caer laperdigonera de acero al fondo de la probeta, se realizaron tres pruebas para

obtener un promedio de tiempo de cada.

Se realiz tambin pruebas con agua para diferenciar la velocidad, la densidad yla Viscosidad.


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D. Viscosidad Dinmica Aceite SAE 90

sPasm

mmkgsm

sm

mmkgmkgsm

Vl

Rg sl

6726,0/0825,3

1058,1/75.6695/6,19

9/3425,0

)1098.3()/880/75.7575()/8.9(2

9

)(2

2532

233322

E. Calcular la viscosidad cinemtica

v =

0.6726 kg m s

880 kg m

v = 7.64 10 m s

Consignar los valores y resultados en la Tabla 1.2.En esta experiencia, se suministran los datos de la densidad del materialdel que estn hechos los perdigones y la densidad del fluido.

5. TRATAMIENTO DE DATOS:

Tabla 1.2.(Perdign 1) Dimetro del perdign: 7.93

mm (m)

(1)

Lquido

(2)

Distancia

X

(m)

(3)

Tiempo

t

(s)

(4)

Velocidad

Vl

(m/s)

(5)

Velocidadpromedio

X

(m/s)

(6)

Densidaddel slido

(kg.s2/m

4)

(7)

Densidaddel lquido

(kg.s2/m

4)

(8)

Viscosidaddinmica

del lquido

(kg.s/m2)

(9)

Viscosidad

Cinemticadel lquido

(m2/s)

AGUA

0.29 0.53 0.54

0.4967576kg/m

3 1.000kg/cm3

0.29 0.58 0.50

0.29 0.64 0.45

ACEITE

SAE 90

0.29 0.83 0.35

0.38 7576kg/m3 880kg/cm3

0.6726 7.65x100.29

0.73 0.40

0.290.74 0.39


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6. ACTIVIDADES

1. Presentan los lquidos ensayados resistencia al movimiento?Por qu?

Si presentan resistencia al movimiento ya que la viscosidad semanifiesta en lquidos en movimientos y por medio de este ensayohallamos la velocidad que fue variando de acuerdo al tiempo que sedemora en llegar al final la esfera por lo tanto hay resistencia.

2. Cmo seran los resultados experimentales si la temperaturaambiental fuera mayor o menor? Por qu?

Los resultados experimentales serian diferentes porque a medida queaumenta la temperatura empieza a disminuir la resistencia almovimiento ya que la fuerza de cohesin entre molculas no seran losmismos.

3. Mencione tres fuerzas que influyen en la esfera mientas esta seencuentra sumergida en el lquido.

La fuerza de rozamiento entre lquido y la esfera

La fuerza que ejerce el lquido sobre la esfera

La fuerza de empuje.

4. Investigue y hable brevemente sobre la ley de Stoke.

La ley de Stokes se refiere a la fuerza de friccin experimentada porobjetos esfricos movindose en funcin al seno del fluido viscoso.Cuya frmula es:

5. Qu son los viscosmetros y cules son los tipos deviscosmetros?

Los viscosmetros son instrumentos de medicin para determinar laresistencia, tambin denominado como viscosidad, de diferenteslquidos.Los tipos de viscosmetros son los siguientes:

Viscosmetros capilares: la medicin se realiza dirigiendo ellquido a travs de un tubo fino.

Viscosmetros de rotacin: emplean la idea de que la fuerzarequerida para rotar un objeto inmerso en un fluido puede indicarla viscosidad del fluido.


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Viscosmetros Stabinger: Son bastantes actuales ya queempezaron a comercializarse este milenio. En realidad se trata deviscosmetros de rotacin modificados.

7. CONCLUSIONES

En conclusinse lleg a observar que no todos los fluidos tienen lamisma viscosidad, esto vara de acuerdo a la temperatura, porque sihubiramos tenido la oportunidad de realizar la actividad con unpequeo aumento de temperatura observaramos que los fluidosserian menos viscosos.

En las actividades para obtener los resultados de la densidad,volumen y la viscosidad se utiliz sus respectivas formulas.

Para realizar una tarea correctamente es necesario poseer todos losequipos necesarios para realizar las actividades, tener muchocuidado con los equipos que nos otorg el docente del curso, ya queestos equipos son frgiles.


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II. DENSIDAD RELATIVA DE UN LIQUIDO

1. OBJETIVO

Determinar la densidad relativa de un lquido a una presin

atmosfrica y temperatura determinada.

2. FUNDAMENTO TEORICOUna aplicacin de la ecuacin fundamental de la esttica de fluidoses la determinacin de la densidad de un lquido no miscible conagua mediante un tubo en forma de U, comparando las diferentesalturas de las columnas de fluido sobre la superficie de separacin.

Se comparan dos lquidos inmiscibles, elagua, cuya densidad es conocida (1.0 g/cm

3) y un

lquido de densidad desconocida.

Dado que A y B estn a la misma altura suspresiones deben ser iguales:

La presin en A es debida a la presinatmosfrica ms la debida a la altura h2de la columnade fluido cuya densidadqueremos determinar.

pA=p0+2gh2

La presin en B es debida a la presinatmosfrica ms la debida a la altura h1de la columnade agua cuya densidad conocemospB=p0+1gh1

Igualando las presiones en A y B, pA=pB,teniendo en cuenta: h1=10cm, h2=12cm,

obtenemos:

P a = P b

Po + 2gh2 = Po + 1gh1

2h2 = 1h1

=

= . /

Las densidades de los dos lquidos no miscibles estn en relacininversa a las alturas de sus columnas sobre la superficie deseparacin en el tubo en forma de U.


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3. EQUIPOS, MATERIALES, REACTIVOS:


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4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

A. Verter agua al tubo en U.

Se vierte una cantidad no muy excesiva de AGUA, para evitar que el aguasobrepase el tubo o lo llene completamente, para evitar derrames es

recomendable utilizar el lavadero que se encuentra en fondo del laboratorio outilizar paos secos.

B. Se vierte el lquido desconocido poco a poco por el extremo que tieneforma de embudo.

Se vierte una cantidad no muy excesiva de ACEITE SAE 90, para evitar que elaceite y el agua sobrepasen el Tubo en forma de U, Teniendo en cuenta que lapared metlica donde se encuentra el Tubo en U se encuentra una sealizacin

para tener en cuenta que el Aceite no debe de sobrepasar la lnea sealada.


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C. Paramos en cualquier momento, para realizar medidas. Medimos laaltura de la columna de fluido desconocido sobre la superficie deseparacin (h2). Medimos la altura de la columna de agua sobre lasuperficie de separacin (h1).

Se realiz las medidas correspondientes para poder desarrollar la Densidaddel Lquido desconocido y de la Densidad Relativa. (Para realizar esteprocedimiento es recomendable utilizar una regla graduada para mayor

exactitud).

D. Despejamos la densidad relativa, r, y la densidad del lquidodesconocido,2.

HALLAMOS 2:

P a = P b

Po + 2gh2 = Po + 1gh12h2 = 1h1

=

= . /


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HALLAMOS DENSIDAD RELATIVA R

relativa = fluido

agua

=.

= .

5. TRATAMIENTO DE DATOS:

Lquido a

ensayar

1

(g/cm3)

h1

(cm)

h2

(cm)

r 2

(g/cm3)

Aceite SAE 90

Shell Spirax 1 g/cm3 10 cm 12 cm 0.833 0.87

6. CONCLUSIONES:

Aprendimos los distintos mtodos que hay para medir la densidad de

un lquido, dependiendo de la cantidad y las caractersticas que ste

tenga, y la relacin que hay entre el volumen y la masa, que nos da

la densidad, adems la diferencia, entre g/mL en una concentracin

y g/mL en la densidad, ya que aunque parecen iguales, no lo son.

Por lo tanto el objetivo se cumpli.

Al realizar el experimento se tuvo que levantar la plataforma en la

mesa de trabajo con demasiado cuidado porque al no sostener muy

bien, el lquido desconocido que en este momento fue Aceite SAE

90, pudo derramarse y arruinar el experimento.


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III. UTILIZACIN DEL INTRUMENTO DE MEDICIN: VISCOSMETRO

1. OBJETIVOS

Comprender a travs de experimentos, el significado de la viscosidad segn

el tiempo que demora en subir de un punto a otro en un viscosmetro el

fluido.

2. FUNDAMENTO TEORICO

Viscosmetro:(denominadotambin viscosmetro) es un instrumento

empleado para medir laviscosidad y algunos

otros parmetros de flujo de unfluido.FueIsaac

Newton el primero en sugerir una frmula para

medir la viscosidad de los fluidos, postul que

dicha fuerza corresponda al producto del rea

superficial del lquido por elgradiente de

velocidad, adems de producto de

unacoeficiente de viscosidad.

Las pipetas de cristal pueden llegar a tener una

reproducibilidad de un 0,1% bajo condiciones

ideales, lo que significa que puede sumergirse en un

bao no diseado inicialmente para la medida

de la viscosidad, con altos contenidos de slidos, o muy viscosos. No obstante, es

imposible emplearlos con precisin en la determinacin de la viscosidad de

losfluidos no-newtonianos,lo cual es un problema ya que la mayora de los

lquidos interesantes tienden a comportarse como fluidos no-newtonianos. Hay

mtodos estndares internacionales para realizar medidas con un instrumento

capilar.

Viscosmetro
https://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newtonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newtonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gradientehttps://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_viscosidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluido_no_newtonianohttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluido_no_newtonianohttps://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_viscosidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gradientehttps://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newtonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newtonhttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad


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3. MATERIALES:

EQUIPOS DESCRIPCIN IMAGEN

Viscosmetro Permite medir la viscosidad de un fluido

Propipetas

Permite succionar un fluido de una pipeta hacia otra pipeta

sin la necesidad de utilizar la boca

Cronmetro

Permite medir el tiempo en segundo

En esta ocasin se utiliz un celular con cronometro ya que

no se contaba con dicho dispositivo

Lubricante Permite rozamiento entre dos piezas controlando su

temperatura


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4. PROCEDIMIENTO

a) Colocar el viscosmetro en un soporte y vaciar poco lubricante

por el pico de la zona B.

Tener en cuenta que elViscosimetro es muydelicado, y un movimientobrusco o descuidado podrasuceder que el viscosmetrose dae o se rompa.


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b) Luego colocar en la zona A la propipeta.

c) Quitar todo el aire que se encuentra en la propipeta presionando

su vlvula A y seguidamente el globo.

Luego de colocar la Propipeta enla zona A, tenemos que sacartodo el aire de esta, para poder arealizar la succin del lquidopara despus realizar lasmedidas de tiempo de dichoexperimento


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d) Succionar el lubricante hasta el punto que sobrepase la lnea

marcada inferior de la zona B y parar.

e) Medir el tiempo que demora el lubricante en llegar de la lnea

inferior hasta la lnea superior marcadas en la zona B.

Lnea superior

Lnea inferior

SE REALIZO UNA SOLA MEDIDADE TIEMPO, DEBIDO AL TIEMPODE REALIZACION DELEXPERIMENTO, EN ESTAOCASIN SE MEDIO EL TIEMPODEL LUBRICANTE MENCIONADO.EN LOS MATERIALES A UTILIZAREL TIEMPO QUE SE TOMO FUE

DE:9 MINUTOS CON 30 SEGUNDOSQUE AL PASARLO EN SEGUNDOSES DE:

570 SEGUNDOS


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f) Calculamos la viscosidad dinmica del lubricante en centiestoke

(Cst) (Unidad de medida encontrada en el mercado).

El valor de 0.1 Cst/seg se tom en cuenta con las tablas que nos

indic el docente de Laboratorio.

.

=

5. RECOMENDACIONES

Se debe tener en cuenta el lugar en donde realizar el experimento, ya los

equipos que se utilizaran son extremadamente frgiles, y su mal

manipulacin puede causar daos o quebraduras en los equipos. Mantener el orden al colocar el Viscosimetro, porque ya icho esto es un

instrumento muy delicado y su mal maniobra puede romper al instrumento.

6. CONCLUSIONES

A mayor temperatura el valor de la viscosidad va a disminuir.

Las viscosidades de los lquidos se pueden calcular a partir de las

densidades que se calculan para cada temperatura.

Con el viscosmetro de Ostwald se pueden determinar adecuadamente los

tiempos en los que el lquido va a pasar de un punto A, a un punto B.

El mtodo del picnmetro resulta ser ms exacto para la determinacin de

la densidad de los lquidos.

Los lquidos con viscosidades bajas fluyen fcilmente y cuando la

viscosidad es elevada el lquido no fluye con mucha facilidad.

La viscosidad y la densidad de las soluciones que se estudian van a

depender de las concentraciones que tengan dichas soluciones.


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VI. PESO ESPECIFICO, DENSIDAD Y DENSIDAD RELATIVA

1. OBJETIVO

Comprender a travs de experimentos realizados en el laboratorio,

el significado del peso especfico, la densidad y la densidad relativa

de diferentes fluidos.

Desarrollo: Para iniciar el desarrollo del laboratorio hicimos previa limpieza de los

equipos y respectiva revisin de en qu estado se encontraban.

Materiales utilizados:

MATERIALES

Aceite SAE 90

Balanza electrnica Permite medir la cantidad demasa de un material en g y kg|Rango de masa: 1g a 5000g

Precisin: 1 g

Picnmetros (cm )

Agua(34 gr)

Sustancia lquida sin olor,color ni sabor que se

encuentra en la naturaleza enestado ms o menos puro

Probeta graduada Permite medir el volumen de

un fluido en m|Rango: 0 ml a 100 m


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2. PROCEDIMIENTO

a. Pesamos el lquido con la balanza hasta llegar a un rango de 34 a 35gramos. Teniendo cuidado al utilizarlo ya que podra medir pesosincorrectos.

b. Luego de esto se le hace la respectiva medicin de temperaturamediante un termmetro.

c. Luego pesar el picnmetro lleno con agua en la balanza para medir el

peso del fluido y observar la temperatura marcada en el termmetro,

llenar en la tabla 2.

Como resultado de la prueba de temperatura obtuvimos26.82 CPeso del fluido = 35 gramos


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d. Al finalizar la recopilacin de los datos de la masa y el volumen del agua

procedemos a calcular su densidad, llenar en la tabla 2.

- Aplicacin de frmulas obtenemos:

- =

- = .

- =

.

- = .

- =

- =.

.

- = .

e. Con la densidad calculada determinamos el peso especfico del agua, llenar

en la tabla 2.


- = ()

- = .

.

- = .

f. Despus calculamos la densidad relativa, llenar en la tabla 2.


- =

- =.

- = .

g. Por ultimo realizamos el mismo procedimiento desde el paso B hasta el

paso F para el fluido llamado glicerina anhidra.


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3.TRATAMIENTO DE DATOS:

LQUIDO TARA

(kg)

W

BRUTO

(kg)

VOLUMEN

(m3)

W

NETO

(kg)

DENSIDAD

DEL LQ.

(kgm3

)

PESO

ESPECFICO

(N m3 )

DENSIDAD

RELATIVA

Agua 0.034 0.062 0.000036 0.035 972.22 9537.71 0.972

Glicerina

Anhidra

0.035 0.063 0.000036 0.035 1153.8 11318.78 1.154

Tabla 2. Tratamiento de datos.


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4. CONCLUSIONES

Como conclusiones tenemos que la balanza es un instrumento que nos ayuda

a la medicin dela materia.

Que la los factores externos son muy importantes en la medicin de la materia.

Concluimos que La densidad de una sustancia o compuesto lo dota de una

particularidad, es decircada muestra tiene una densidad nica, y este los

difiere de los dems.

Entre los instrumentos para medir un volumen podemos elegir entre una serie

de instrumentos, la probeta, la pipeta, vaso de precipitacin, etc.; segn

nuestra experiencia en ellaboratorio se podra afirmar que la pipeta es uno de

los msprecisos para medir cantidades pequeas.

Para medir el peso de una muestra se utiliza la balanza que puede

ser mecnica o digital.

5. RECOMENDACIONES

Condiciones que debe cumplir la balanza:

Debe ser exacta: En equilibrio (fiel en el centro de la escala), el peso de un cuerpo

colocado enun platillo debe ser igual al del cuerpo colocado en el otro.

Debe ser fiel: Colocando la misma cantidad varias veces indica siempre el mismo

resultado.

Debe ser estable, debe estar bien nivelada, por lo que la burbuja de nivel se

vigilar para que est ajustada.

Deben estar en un lugar slido, sin vibraciones (mesa de balanzas)

.Deben estar en un lugar apartado, protegidas de gases corrosivos, humedad, etc.

(en sala de balanzas con puerta cerrada)Deben protegerse de las altas

temperaturas, sol y de la electrosttica. Se deben mantener limpias.

Antes de colocarse otra muestra debe nivelarse la balanza.

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