INFORME DE LABORATORIO

VISCOSIDAD

E.A.P. ING METALURGICAUNMSM

ÍNDICE

RESUMEN

INTRODUCCION

PRINCIPIOS TEORICOS

DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS

DISCUSION DE LOS RESULTADOS

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFIA

ANEXOS

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RESUMEN

En este presente experimento se trata de calcular la viscosidad de los líquidos en especial

el agua, a 2 temperaturas. El primero se llevo a una temperatura de 23°C y una altura de

nivel de 20 cm resultando un valor experimental promedio de 0.8753cP con un error de

2.64% respecto a un valor teórico de 0.899cP.

El segundo se realiza a la misma temperatura solo que a un nivel de 30 cm resultando un

valor experimental promedio de 0.9015cP con un error de -0.28% respecto a un valor

teórico de 0.899cP.

El tercer y último experimento es realizado a una temperatura de 41°C con un nivel de

20cm resultando un valor experimental promedio de 0.660cP con un error de -1.69%

respecto a un valor teórico de 0.649cP.

También cabe decir que no se utilizara factores de corrección puesto que los datos

encajan dentro del rango de lo permisible; es decir hay precisión y exactitud.

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INTRODUCCION

La viscosidad y la consistencia son términos que se aplican a los fluidos y que representan

la resistencia que ofrecen al flujo o a la deformación cuando están sometidos a un

esfuerzo cortante, cuanto mayor es la viscosidad, más lenta es su velocidad de flujo.

La viscosidad de un líquido está relacionada con la forma de las moléculas que lo

componen y las fuerzas entre esas moléculas (fuerzas intermoleculares). Los líquidos que

tienen baja viscosidad (los que fluyen con facilidad) están constituidos, por lo general, por

moléculas pequeñas y fuerzas intermoleculares débiles.

En este experimento se determinara la viscosidad del agua en variadas temperaturas,

calculándose así mismo el caudal para los diversos casos, y se estimara el valor

experimental con los datos obtenidos en el laboratorio, para luego se determinara los

porcentajes de error que indicaran la precisión de los datos obtenidos respecto a los

valores teóricos.

OBJETIVOS

Determinar el caudal y la viscosidad mediante calculo experimentales.

Determinar y comprender la dinámica de fluidos.

Demostrar la relación entre viscosidad y temperatura.

Tener como resultados los datos precisos con mínimos porcentajes de error.

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PRINCIPIOS TEORICOS

Viscosidad:

Los gases y los líquidos tienen una propiedad conocida como la viscosidad, la cual se

puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un líquido, resultante de los efectos

combinados de la cohesión y la adherencia. La viscosidad se produce por el efecto de

corte o deslizamiento resultante del movimiento de una capa de fluido con respecto a

otro y es completamente distinta de la atracción molecular. Se puede considerar como

causada por la fricción interna de las moléculas y se presenta tanto en gases ideales como

en líquidos y gases reales.

Viscosidad de los líquidos:

Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al flujo que los gases y, en consecuencia,

tienen coeficientes de viscosidad mucho más altos. Los coeficientes de viscosidad de los

gases aumentan con la temperatura, en tanto que los de la mayoría de líquidos,

disminuyen. Asimismo se ha visto que los coeficientes de viscosidad de gases a presiones

moderadas son esencialmente independientes de la presión, pero en el caso de los

líquidos el aumento en la presión produce un incremento de viscosidad. Estas diferencias

en el comportamiento de gases y líquidos provienen de que en los líquidos el factor

dominante para determinar la viscosidad en la interacción molecular y no la transferencia

de impulso.

La mayoría de los métodos empleados para la medición de la viscosidad de los líquidos se

basa en las ecuaciones de Poiseville o de Stokes. La ecuación de Poiseville para el

coeficiente de viscosidad de líquidos es:

Donde V es el volumen del liquido de viscosidad que fluye en el tiempo t a través de un

tubo capilar de radio r y la longitud L bajo una presión de P dinas por centímetro

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cuadrado. Se mide el tiempo de flujo de los líquidos, y puesto que las presiones son

proporcionales a las densidades de los líquidos, se puede escribir como:

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

cantidad definida de liquido se introduce en el viscosímetro sumergido en un termostato y

luego se hace pasar por succión al bulbo B hasta que el nivel del liquido este sobre

una marca a. Se deja escurrir el liquido 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.

Influencia de la temperatura:

El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de u líquido es notablemente diferente del

efecto sobre un gas; mientras en este último caso el coeficiente aumenta con la

temperatura, las viscosidades de los líquidos disminuyen invariablemente de manera

marcada al elevarse la temperatura. Se han propuesto numerosas ecuaciones que

relacionan viscosidad y temperatura como por ejemplo:

Donde A y B son constantes para el liquido dado; se deduce que el diagrama de log ( )

frente a 1/T seta una línea recta. Se pensó en otro tiempo que la variación de la fluidez

con la temperatura resultaría más fundamental que la del coeficiente de viscosidad; pero

el uso de una expresión exponencial hace que la opción carezca de importancia.

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Caudal

La medida fundamental que describe el movimiento de un fluido es el caudal. Decir que el río Paraná es más caudaloso que el Uruguay indica que el primero transporta más agua que el segundo en la misma cantidad de tiempo. A su vez, la cantidad de fluido puede medirse por su masa o por su volumen (siempre que su densidad sea constante, cosa que supondremos que es así), de modo que

caudal = masa Q = m (caudal de masa)tiempo Δt

caudal = volumen Q = Vol (caudal de volumen)tiempo Δt

Como te dije, ambos describen el mismo fenómeno. Voy a usar sólo el segundo, que se medirá en unidades de volumen sobre unidades de tiempo. Las unidades "oficiales" (Sistema Internacional):

[Q] =   m 3

  s

1)

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DATOS Y CALCULOS

EXPERIMENTO

Se calcula primeramente el caudal con la formula

Q=Vt

Experimento 1

Temperatura: 23°C

Pruebas Altura Base Vol. (cm³) H1 – H2 = H (cm) Q (cm³/s)1

20cm

275 1.4 4.582 230 1.3 3.833 280 1.5 4.674 305 1.7 5.085 240 1.3 4.00

Experimento 2

Temperatura: 23°C

Pruebas Altura Base Vol. (cm³) H1 – H2 = H (cm) Q (cm³/s)1

30cm

330 1.9 5.502 360 2 6.003 240 1.4 4.004 300 1.6 5.005 295 1.6 4.92

Experimento 3

Temperatura: 41°C

Pruebas Altura Base Vol. (cm³) H1 – H2 = H (cm) Q (cm³/s)1

20

275 1.1 4.582 260 1.0 4.333 335 1.4 5.584 340 1.4 5.675 280 1.2 4.67

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CALCULO DE VISCOSIDAD

ni=π . r4 . d . g .h

8.Q. L

Donde los valores constantes son los siguientes:

π = 3.1416

r = 0.23cm

d = 1g/cm3

g = 980cm/s2

L = 42cm

Nota: Todos los cálculos fueron realizados en Excel para su mejor cálculo y precisión

VISCOSIDAD EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA:

Se puede representar mediante la siguiente ecuación

Log n = A + B/T

Donde A y B son constantes del fluido.

Datos teóricos de la viscosidad del agua:

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Experimento 1T = 23°C

Medición

ni(cpoise)

1 0.82242 0.91313 0.86544 0.90045 0.8750

Prom. 0.8753

Experimento 2T = 23°C

Medición

ni(cpoise)

1 0.93012 0.89753 0.94234 0.86165 0.8762

Prom. 0.9015

Experimento 3T = 41°C

Medición ni(cpoise)1 0.64622 0.62133 0.67514 0.66525 0.6923

Prom. 0.6600

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Temperatura(°C) 20 30 40 50Viscosidad(cP) 1.005 0.8007 0.656 0.5494

Para una temperatura de 20ºC y 40ºC

Calculando los valores de las contantes A y B según los datos de las temperaturas.

Log1.005 = A + B/20 0.0021 = A + B/20

Log0.656 = A + B/40 -0.1831 = A + B/40

De las dos ecuaciones tenemos:

B = 7.408 y A = -0.3683

Entonces: Log n = -0.3683 + 7.408/T

Donde: T está en ºC

n está en cP

Calculamos el valor teórico de la viscosidad:

Temperaturas (ºT) Viscosidad (cP)

23 0.899

41 0.649

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Gráficos

Caudales:

- Caudal vs Diferencia de presiones (∆ h¿A 23 °C a una altura de 20 cm

1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.80

1

2

3

4

5

6

Series2Linear (Series2)

Q vs h

- Caudal vs Diferencia de presiones (∆ h¿A 23 °C a una altura de 30 cm

1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.10

1

2

3

4

5

6

7

Series2Linear (Series2)

Q vs H

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- Caudal vs Diferencia de presiones (∆ h¿A 41 °C a una altura de 23 cm

Gráficos de las viscosidades:

- Teórico

-0.300 -0.250 -0.200 -0.150 -0.100 -0.050 0.000 0.0500.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

Series2

1/T vs Log(n)

0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.50

1

2

3

4

5

6

Series2Linear (Series2)

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- Experimental

-0.200 -0.180 -0.160 -0.140 -0.120 -0.100 -0.080 -0.060 -0.040 -0.0200.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

0.045

0.050

1/T vs Log(n)

1/T

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CALCULO DE PORCENTAJE DE ERROR

Para el experimento Nº 1

A 23ºC la viscosidad del agua es:

n teórico = 0.899cP

%Error = ( 0.899 cP – 0.8753 cP)*100 = 2.64% 0.899cP

Para el experimento Nº 2

A 23ºC la viscosidad del agua es:

n teórico = 0.899cP

%Error = ( 0.899 cP – 0.9015 cP)*100 = -0.28%0.899cP

Para el experimento Nº 3

A 41°C la viscosidad del agua es:

nteórico = 0.649cP

%Error = (0.649 cP – 0.660 cP)*100 = -1.69%0.649cP

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DISCUSION DE LOS RESULTADOS

En el primer experimento según las condiciones dadas el valor de experimental promedio

de viscosidad fue 0.8753cP con un error de -2.64% en base del valor teórico 0.899cP. Lo

cual indica que esta en el rango optimo aceptable.

En el segundo experimento es similar al otro pero con variación de temperatura, para este

caso la viscosidad promedio fue de 0.9015cP con un error de -0.28% respecto a un valor

teórico de 0.899cP. Lo que indica que esta en el rango optimo aceptable.

En el Tercer experimento se aumento la temperatura de trabajo y una altura determinada

lo cual resulto una viscosidad experimental promedio de 0.660cP resultando un error de –

1.69cP a base de un valor teórico de 0.649cP. Indicando que es confiable el resultado.

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CONCLUSIONES

La viscosidad conforme va aumentando la temperatura decrece su valor, por la agitación térmica ocurrida.

La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento.

La velocidad del liquido depende mucho de la viscosidad ya que mide la resistencia al fluido

A menor viscosidad mayor fluidez y a mayor viscosidad menor fluidez, de ahí se pude deducir que la viscosidad es inversamente proporcional a la fluidez.

Otro fenómeno que depende de la viscosidad es el caudal muy importante en el estudio de la física.

RECOMENDACIONES

- Utilizar los instrumentos adecuados así como limpiarlos de cualquier elemento que

pueda afectar los valores experimentales y muestren un error lejos del rango

aceptable.

- Asegurar las conexiones de cada tubo para evitar una fuga de liquido y afecte los

valores obtenidos.

- El papel de trabajo debe ser de una medida tal que se pueda marcar la diferencia

de presiones, de preferencia el papel debe ser cuadriculado, si es posible

milimetrado.

- Se debe tener preferentemente una regla milimetrada que mida con exactitud y

precisión la diferencia de presiones.

- Fijarse bien en los valores del termómetro, puesto que es sensible a cualquier

cambio de temperatura.

- Calibrar bien el cronometro, si es posible tener 2 para obtener una mayor

precisión.

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BIBLIOGRAFIA

Fisicoquímica – Ira N. Levine año 90 editorial Mc Graw – Hill, Tercera Edición

Física General Aplicada – Francisco Sinter olives

Fisicoquímica – Gilbert W. Castellan

Fisicoquímica – Pons Musso

Química General – Mortimer

Guía de Practica de Laboratorio

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ANEXO

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