Laboratorio de Fsica II Experiencia N6: Viscosidad

Laboratorio de Fsica II Experiencia N6: Viscosidad

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIALE.A.P INGENIERA INDUSTRIAL

Laboratorio 6: VISCOSIDADLaboratorio de Fsica GeneralFACULTAD DE CIENCIAS FSICAS

Profesor: Miguel ngel Castillo CorzoIntegrantes: Chamorro Poma, Pamela Limo Velasquez, Luiggi Tinco Pariona, Freddy Guizado Daz, Pablo de JessHorario: Jueves 12-2pmC.U Octubre del 2013VISCOSIDADEXPERIMENTO N 6I. OBJETIVO:

Determinar en forma cuantitativa el coeficiente de viscosidad de un lquido en funcin de la viscosidad conocida de otro lquido.

II. EQUIPOS / MATERIALES:

Soporte universal Clamp Pinza con agarradera Viscosmetro de OSTWALD Termmetro analgico / digital Vaso de precipitados, 1 500 ml. Probeta graduada de 10ml Balanza digital Cronometro Picnmetro Lquidos: agua, alcohol y ron

VASO DE PRECIPITADOSOPORTE UNIVERSAL

PROBETA GRADUADATERMMETRO

BALANZA DE TRES BRAZOSCRONMETRO

PIE DE REYVISCOSMETRO

AGUA DESTILADAALCOHOL ETLICO

III. FUNDAMENTOS TERICOS:

La viscosidad es lo contrario de la fluidez, generalmente se define como resistencia al flujo. Los lquidos (y tambin los gases) pueden fluir, es decir desplazarse una porcin respecto a otra. Las fuerzas de cohesin entre molculas originan una resistencia interna a este desplazamiento relativo denominado viscosidad.

Se llama viscosidad o frotamiento interno a la resistencia experimentada por una porcin de un lquido cuando se desliza sobre otra como consecuencia del rozamiento molecular. El agua fluye ms fcilmente que la melaza y esta con ms facilidad que una pasta de caucho. Los aceites de motor estn 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 ms baja para el tiempo fro.

En base al modelo cintico molecular. La viscosidad de los gases aumenta al aumentar la temperatura. La viscosidad de los lquidos disminuye al aumentar la temperatura. Las viscosidades de los lquidos se miden comnmente con el viscosmetro de Ostwald, o para lquidos ms viscosos con el viscosmetro de esfera .La unidad de viscosidad es el poise (1g.cm-1.s 1), es el ms favorable para determinar la viscosidad de un lquido por comparacin con otro liquido cuya viscosidad ya es conocida y en condiciones experimentales idnticas

VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS

POR QU LA MIEL NO FLUYE DE MANERA TAN RPIDA COMO LO HACEN EL AGUA, EL ACEITE, LA SANGRE, ETC?ES DEBIDO A SU VISCOSIDAD, PROPIEDAD DEL FLUIDO POR LA CUAL SE MANIFIESTA QUE TAN INTENSA ES LA OPOSICION A FLUIR CUANDO SE LE APLICA UNA FUERZA.

La viscosidad de un lquido puede ser determinado su velocidad de flujo a travs de un bulbo capilar.

Para el volumen (V) de un lquido que fluye a travs de un tubo capilar de radio r, longitud L, en un tiempo t, bajo una diferencia de presin P; su viscosidad es expresada mediante la ecuacin de Poiseuille:

La unidad de viscosidad en el SI es el N.s/m2 = Pa.s.: Una unidad antigua, pero de uso comn es la dina/cm2, llamada poise en honor a Poiseuille. Estas unidades estn relacionadas por1 Pa.s = 10 poiseEl gasto Q de un lquido o la viscosidad de volumen de flujo esta dado de la siguiente manera:

Donde V es el volumen del lquido de viscosidad escurrindose a travs de un tubo capilar de longitud de longitud L de radio R bajo la diferencia de presin (P2 P1) en el tiempo t.Despejando se tiene:

Consideramos dos lquidos de volmenes iguales y observamos los tiempos t1, t2 que empleados en atravesar una seccin transversal del mismo tubo y recordemos que (P2 P1) es proporcional a la densidad del lquido, se puede establecer que:

Las cantidades t1 y t2 se miden ms adecuadamente con un viscosmetro de Ostwald. Una cantidad definida de lquido se introduce en el viscosmetro sumergido en un termostato y luego se hace pasar por succin al bulbo B hasta que el nivel del lquido este sobre una marca a. Se deja escurrir el lquido el tiempo necesario para que su nivel descienda hasta una marca b y se mide con un cronometro. El viscosmetro se limpia, luego se aade el lquido de referencia y se repite la operacin. Con este procedimiento se obtienen t1 y t2 y la viscosidad del lquido se calcula con la ecuacin anterior. Donde: 1: es la viscosidad del lquido desconocido. 2: es la viscosidad del lquido conocido. 1, 2: son las densidades respectivas. t1, t2: son los tiempos respectivos. t1, t2: son los errores absolutos de los tiempos respectivos.La dependencia entre la viscosidad y la temperatura para el lquido, est dada por la relacin,

Despejando :

Donde: E: es la energa de activacin para el flujo A: es una constante R: es la constante universal de los gases T: es la temperatura (en escala absoluta)

IV. EXPERIMENTO

MONTAJEMonte el equipo tal como muestra el diseo experimental la Figura 2PROCEDIMIENTO

1. Se determinaron las densidades del agua destilada, alcohol y ron, para ello se hizo uso del picnmetro.

agua = 1.016 g/mlalcohol = 0.96 g/mlron = 0.876 g/ml

2. Se verti agua destilada en el viscosmetro hasta que llenar el bulbo C (figura 2).

3. Insufle aire por la rama ancha hasta que el lquido ascienda por el capilar llenando el bulbo hasta el punto A. Cubra la rama ancha con un dedo; evitara as que el lquido 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 lquido en pasar del punto A al punto B, realice este paso 5 veces y anote los valores en la tabla 1.

5. Repita los pasos anteriores para el alcohol y para el ron /mezcla. Asegrese de que el viscosmetro se encuentre limpio antes de verter el lquido.6. Seguidamente realice este mismo procedimiento para cada lquido a la temperatura de 50C, para ello caliente agua en un vaso de precipitado de 1 litro hasta que tenga la temperatura de 50C, sumerja el viscosmetro con el lquido a trabajar en su interior y mida el tiempo que demore en pasar el lquido desde el punto A al punto B y regstrelo en la tabla 1.

7. Caliente el agua en bao Mara a la temperatura de 50C (utilice el vaso de precipitados grande casi lleno de agua), y repita los pasos anteriores. Anote los valores en la tabla 1.

TABLA 1AGUAALCOHOLRON/MEZCLA

T amb=23CT=50CT amb=23CT=50CT amb=23CT=50C

t agua1 (s)t agua2 (s)t alcohol1 (s)t alcohol2 (s)t ron1 (s)t ron2 (s)

15.845.4712.358.6513.949.44

25.95.0612.638.6214.039.72

35.885.212.59.0314.39.81

46.285.0412.599.0013.669.91

55.935.2812.29.1014.129.44

5.9665.2112.4548.8814.019.664

t

Para el agua (23 C)

Hallando el Error del instrumento:

Hallando el Error Aleatorio:

Reemplazando:

Para el agua (50 C)

Hallando el Error del instrumento:

Hallando el Error Aleatorio:

Reemplazando:

Para el alcohol (23 C)

Hallando el Error del instrumento:

Hallando el Error Aleatorio:

Reemplazando:

Para el alcohol (50 C)

Hallando el Error del instrumento:

Hallando el Error Aleatorio:

Reemplazando:

Para el ron/mezcla (23 C)

Hallando el Error del instrumento:

Hallando el Error Aleatorio:

Reemplazando:

Para el ron/mezcla (50 C)

Hallando el Error del instrumento:

Hallando el Error Aleatorio:

Reemplazando:

V. EVALUACIN

1. Reemplace los valores en la ecuacin (3), tomando como dato la viscosidad terica del agua para la temperatura correspondiente, Tamb y 50 C respectivamente, escriba sus resultados en la siguiente tabla.

agua(Tamb)0.001006agua(T=50C)0.000547

alcohol(Tamb)0.001980alcohol(T=50C)0.000804

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

Considerando la viscosidad terica del agua a temperatura ambiente:

De la relacin:

Considerando la viscosidad del agua a 50C:

De la relacin:

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

Alcohol

Alcohol a Tamb

Se obtuvo para el alcohol un error del 84%, ciertamente elevado, esto se debera a un error en los clculos en la parte experimental, o de lo contrario, ciertamente la sustancia presentaba impurezas, las cuales pudieron alterar los resultados.Alcohol a 50C

Ron

Ron a Tamb

Ron a 50C

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

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

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

Lubricacin. La principal funcin de un lubricante es simplemente hacer ms fcil que una superficie se deslice sobre otra. Esto reduce la friccin, el desgaste y ahorra energa.

Refrigeracin. Cualquier material que reduzca la friccin actuar como un refrigerante, simplemente, porque reduce la cantidad de calor generada cuando dos superficies rozan una contra otra. Muchas mquinas generan cantidades considerables de calor aun siendo correctamente lubricadas, este calor debe ser eliminado para que la mquina funcione eficientemente. Los lubricantes son frecuentemente usados para prevenir el sobrecalentamiento, transfiriendo calor de las reas ms calientes a las reas ms fras. Quizs el ejemplo ms familiar de un lubricante empleado como refrigerante es l aceite utilizado en los motores de nuestros vehculos, pero esta funcin 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.

Proteccin contra la corrosin. Obviamente, un lubricante no debe causar corrosin. Idealmente, debe proteger activamente las superficies que lubrica, inhibiendo cualquier dao que pueda ser causado por el agua, cidos u otros agentes dainos que contaminen el sistema. Los lubricantes deben proteger contra la corrosin en dos formas diferentes: Deben cubrir la superficie y proveer una barrera fsica contra el ataque qumico, y adems, deben neutralizar los qumicos corrosivos que se generen durante la operacin del equipo.

Mantenimiento de la limpieza. La eficiencia con la cual una mquina opera es reducida s su mecanismo s contamina con polvo y arena, o los productos del desgaste y la corrosin. Estas partculas slidas pueden incrementar el desgaste, promover ms corrosin y pueden bloquear las tuberas de alimentacin de lubricante y los filtros. Los lubricantes ayudan a mantener las mquinas limpias y operando eficientemente, limpiando los contaminantes de los mecanismos. Algunos lubricantes, contienen adems aditivos que suspenden las partculas y dispersan los contaminantes solubles en el aceite. Esto detiene la acumulacin y depsito sobre las superficies de trabajo lubricadas.Los lubricantes utilizados para aplicaciones particulares pueden requerir otras funciones adems de las descritas anteriormente. Por ejemplo:

Sellado. El aceite utilizado en motores de combustin interna debe proveer un sellado efectivo entre los anillos del pistn y las paredes del cilindro. El sellado es tambin importante en la lubricacin de bombas y compresores.

Transmisin de Potencia. Los aceites hidrulicos son usados para la transmisin y control de la potencia, al igual que lubrican el sistema hidrulico.

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

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

API

El API clasifica los aceites para motores a gasolina con la letra S (servicio) y una segunda letra que indica el nivel de desempeo del aceite referida al modelo o ao de fabricacin de los vehculos, 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 ao, al tipo de operacin y al diseo, 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 transmisin y diferenciales como: GL-1, GL-2 , GL-3 , GL-4 , GL-5.

SAE

La SAE clasifica los aceites de motor de acuerdo con su viscosidad en:UNIGRADOS. Los cuales son: SAE 40 y SAE 50.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 fri del motor protegindolo contra el desgaste. Su viscosidad se mantiene estable a diferentes temperaturas de operacin. Ahorran en consumo de combustible y aceite.

CLASIFICACIN API DE LOS LUBRICANTES PARA MOTORES DISEL

IdentificacinAplicacin

CCMotores Diesel en servicio medio. Tpico de motores disel ligeramente sobrealimentados trabajando en condiciones severas. Aceites introducidos en 1961 y utilizados en muchos camiones, motores industriales y tractores. Unen a la proteccin de los depsitos a alta temperatura, a las propiedades anticorrosivas y antidesgaste tambin una buena proteccin contra las borras en fro.

CDMotores Diesel en servicio pesado. Tpico de los motores sobrealimentados que trabajan a altas velocidades, altas prestaciones de potencia que requieren un riguroso control de desgaste y de los depsitos, y que usan combustibles de varias calidades.

CEMotores Diesel en servicio muy pesado. Tpico servicio para satisfacer las exigencias de motores Diesel turbo comprimidos y sobrecargados construidos desde 1983 y que funcionan tanto en condiciones de baja velocidad y alta carga como a alta velocidad y alta carga. Supera ampliamente las prestaciones previstas para los servicios CC y CD.

CFMotores Diesel en servicio muy pesado. Tpico de los motores diesel de inyeccin directa y de los motores disel en general que funcionan incluso con gasleos con alto contenido de azufre. Introducida en 1994, supera ampliamente las prestaciones previstas para las categoras CD y CE.

CF-4Motores Diesel en servicio muy pesado. Esa categora fue introducida en 1990 y describe aceites utilizados en motores disel a alta velocidad. Los aceites CF-4 superan las prestaciones previstas para la categora CE y garantizan un mejor control sobre el consumo de lubricante y sus depsitos.

CG-4Motores Diesel en servicio muy pesado. Esta categora fue introducida en 1994 y describe aceites utilizados en motores disel de vehculos industriales que funcionan con gasleos con un contenido mnimo de azufre >0,05%. Los aceites CG-4 superan las prestaciones previstas para los aceites CF-4.

CH-4Introducida desde el 01/12/98, diseada para superar las limitaciones de normas de emisin para motores de alta velocidad. Los aceites CH4 estn preparados especialmente para ser utilizados con carburantes disel con un contenido de azufre no superior a 0,5% y pueden ser usados cuando se requieran los lubricantes CD-CE-CF4-CG4.

CLASIFICACIN API DE LOS LUBRICANTES PARA MOTORES DE GASOLINA

Identificacin Descripcin Aplicacin

SA - SB - SC - SD - SE Normas entradas en vigor desde 1930 a 1971 Para motores de 4T de gasolina y disel que funcionan con bajo nivel de severidad.

SF Norma entrada en vigor en 1980 Para motores de 4T a gasolina. Aceite requerido con mejor estabilidad a la oxidacin, mejor poder antidesgaste, antidepsitos, anticorrosin y antixido. Puede utilizarse cuando se requieran niveles SE, SO, SC.

SG Norma entrada en vigor en 1989 Para motores de 4T a gasolina. Incluye los rendimientos de API, CC y en algunos casos de CD. Aceite requerido con mejor control de los depsitos, mejor estabilidad a la oxidacin, mejor poder antidesgaste, anticorrosin y antixido. Puede ser utilizado cuando se requieran niveles SF, SF/CC, SE, SE/CC.

SH Norma entrada en vigor en 1993 Supera los requisitos de aceites a nivel SG probados segn el protocolo CMA previsto para las pruebas de motores (validez estadstica) y certificacin de los resultados de prueba).

SJ Norma entrada en vigor a partir de octubre de 1996 Adems de las pruebas de motor previstas por la SH, incluye algunas pruebas adicionales de laboratorio.

SL Norma entrada en vigor desde julio de 2001 Aceites con formulacin que garantizan una mejor proteccin sobre depsitos a altas temperaturas. Algunos de estos productos pueden incluso cumplir la norma LSAC y/o ENERGY CONSERVING.

CLASIFICACIN API DE LOS LUBRICANTES PARA TRANSMISIONES

Identificacin Descripcin Aplicacin

GL-1 Aceites Minerales Puros Transmisiones Manuales de tractores y vehculos industriales

GL2 Aceites que contienen materiales grasos Transmisiones Industriales para tornillos sin fin

GL-3 Aceites con aditivacin antidesgaste Transmisiones Manuales Engranajes Cnicos poco sometidos a esfuerzo

GL4 Aceites con media aditivacin EP (Extrema Presin). Equivalente a la Norma MIL-L-21105 Transmisiones Manuales. Engranajes hipoides medianamente sometidos a esfuerzos.

GL-5 Aceites con alta aditivacin EP (Extrema Presin). Equivalente a la Norma MIL-L-2105 D Engranajes hipoides muy sometidos a esfuerzos. Puede ser usado para Transmisiones Manuales.

Relacin de los lubricantes con la temperatura

La viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura.La variacin 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 hallar para una temperatura ambiente.

VI. CONCLUSIONES:

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

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

Se pudo observar experimentalmente que cuando un lquido 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 picnmetro debe ser llenado en su totalidad para su posterior pesado.

Para una mejor experiencia despus de usar el instrumento con el lquido, lvese y squese para que los lquidos no se mezclen y as evitar que no hayan inconvenientes cuando el lquido fluya.

Para una mejor medicin se recomienda tomar los tiempos de manera que se respeten los puntos de referencia marcados al tomar el tiempo cuando el lquido fluya por el viscosmetro.

VIII. ANEXOS:

Desde los mejoradores del ndice de viscosidad para alcanzar un ndice sper alto, hasta los fluidos a base de sintticos para los inhibidores del punto de fluidez, Lubrizol se encarga de innovar, desarrollar y suministrar la variedad ms amplia en tecnologas de polmeros para:

Aceites de motorLos aceites de motor son fluidos complejos. Todos los aceites del mercado actual contienen una formulacin minuciosamente equilibrada de aceites base y aditivos de avanzada que estn seleccionados de manera especfica para cumplir con los requisitos de motor y sistema de emisiones. Los modificadores de viscosidad tambin cumplen un rol importante. Las tecnologas avanzadas de polmeros permiten un funcionamiento ms eficiente, superando el mero control de la viscosidad, en ambientes cada vez ms severos dentro del motor. En la actualidad, los modificadores de viscosidad son fundamentales para proporcionar mxima eficiencia, durabilidad, limpieza y proteccin del motor a medida que los componentes son cada vez ms sofisticados. Fluidos para la unidad motrizLos fluidos para la unidad motriz abarcan aplicaciones que van desde lubricantes para ejes para fluidos de transmisiones manuales hasta varios fluidos de transmisiones automticas, incluyendo las transmisiones con control gradual, transmisin variable continua y de doble embrague para vehculos de pasajeros para trabajo liviano y para camionetas comerciales para trabajo pesado. Las aplicaciones para la unidad motriz hacen que los lubricantes tengan un excelente desempeo en todas las condiciones: desde el arranque del motor en las maanas ms heladas del invierno hasta que el vehculo soporte el calor intenso remolcando un trailer cargado por el desierto en pleno verano.Los polmeros de Lubrizol ofrecen importantes beneficios a la hora de alcanzar un buen desempeo bajo las demandas ms exigentes de los lubricantes para la unidad motriz. Las tecnologas de polmeros de Lubrizol para aplicaciones de la unidad motriz ofrecen: Estabilidad extrema de corte para una menor prdida de viscosidad en usos a largo plazo Alto ndice de viscosidad (VI) para una mejor eficiencia y mayor proteccin de la temperatura Excelente fluidez a bajas temperaturas para brindar proteccin y rendimiento cuando se enciende el motor en fro Optimizacin para formulaciones de aceite base Grupo III Poca traccin o poca friccin del fluido interno con carga para un mejor rendimiento Oxidacin resistente y desempeo ptimo para proteger los sellos y superficies de friccinPngase en contacto con su representante de Lubrizol para conocer ms sobre las tecnologas de polmeros de Lubrizol para lubricantes de ejes, transmisiones y otras unidades motrices. Lubricantes industrialesLas tecnologas de polmeros de Lubrizol ofrecen excelentes beneficios de desempeo para muchas aplicaciones de lubricantes industriales como los fluidos hidrulicos, los aceites para engranajes industriales y las grasas. Nuestra cartera de productos incluye las capacidades lderes que brindan una eficiencia ptima, durabilidad y proteccin contra el desgaste para equipos industriales y permiten que los distribuidores de lubricantes cumplan con las especificaciones mnimas o destaquen sus marcas gracias al rendimiento lder en el mercado. Fluidos hidrulicos Aceites para engranajes industriales GrasasComunquese con su representante de Lubrizol y conozca ms sobre las tecnologas de modificadores de viscosidad para lubricantes industriales.Pgina 21