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• Luis Angel Chura

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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 DOCENTE: ING. LEONARDO CORONEL RODRIGUEZ ESTUDIANTE:

UNIV. LUIS ANGEL CHURA FELIPE

CARRERA: INGENIERIA INDUSTRIAL GRUPO:

PARALELO “B”

FECHA:

01 / 11 / 2020

GESTIÓN:

2/2015 LA PAZ – BOLIVIA

LUQUE YANA ARTURO FELIX

QMC – 101L

VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL

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ÍNDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

ÍNDICE RESUMEN OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS MARCO TEÓRICO FUNDAMENTO TEÓRICO MATERIAL Y REACTIVOS PROCEDIMIENTO DATOS Y OBSERVACIONES CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

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VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL 1. RESUMEN En la siguiente práctica de laboratorio se busca validar la ley de Stokes en los fluidos viscosos, reales, a través de la experimentación en un fluido real en la que se realizaran una serie de medidas así de determina la velocidad de este cuerpo esférico, con este dato se proseguirá a determinar la viscosidad de este fluido.La viscosidad es la resistencia a fluir de los líquidos y la tensión superficial es la medida de las fuerzas de atracción intermoleculares hacia el interior entre partículas liquidas.

2. OBJETIVO GENERAL  

Calcular la viscosidad absoluta de diversos fluidos de manera experimental y comparar, los valores obtenidos, con los suministrados por los fabricantes. Medir la tensión superficial de diferentes líquidos mediante el método del ascenso capilar.

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS   

Determinar la viscosidad absoluta de tres aceites multigrados mediante la relación que existe entre el tiempo empleado por una esfera en recorrer una cierta distancia al ser introducida en el fluido (Método de Stokes). Comparar valores experimentales de viscosidad, con los aportados por el fabricante para evaluar el error porcentual. Determinar la tensión superficial de cuatro líquidos diferentes.

4. FUNDAMENTO TEÓRICO Viscosidad De todas las propiedades de los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración en el estudio del flujo de los fluidos. La viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se la aplica una fuerza externa: El coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente la viscosidad absoluta de un fluido, es una medida de resistencia, al deslizamiento o a sufrir deformaciones internas. La melaza es un fluido muy viscoso en comparación con el agua. La viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido. 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 cantidad de movimiento de una región de fluido a otra. Los fluidos presentan diferentes propiedades que los distinguen, como la viscosidad, densidad, peso específico, volumen específico, presión, etc. Al analizar las distintas propiedades que poseen los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración para el estudio de estos materiales; su naturaleza y características, así como las dimensiones y factores de conversión. Todo fluido tiene una viscosidad específica bajo ciertas condiciones cuando se mueve alrededor de un cuerpo o cuando un cuerpo se mueve dentro del fluido, se produce una fuerza de arrastre ( F a) sobre este. Si el cuerpo en estudio es una esfera, está fuerza de arrastre viene dada por la expresión según la ley de Stokes:

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F a=6 ∙ π ∙ μ∙ r ∙ v Donde  es la viscosidad absoluta del fluido; r esa el radio de la esfera; v la velocidad de la esfera con respecto al fluido. Considerando lo anterior si se deja caer una esfera en un recipiente con un fluido, debe existir una relación entre el tiempo empleado en recorrer una determinada distancia y la viscosidad de dicho fluido. Construyendo el diagrama de cuerpo libre de una esfera se tiene: E: Empuje hidrostático P: Peso de la esfera Fa: Fuerza de arrastre Aplicando la segunda Ley de Newton:

∑ f =ma−P+ E+ F a=ma Expresando en función de los parámetros cinemáticas nos queda:

P−E−6 πμrv=

mdv dt

Pero:

a=

dv =0 v=ctte . dt

Nos queda,

mg−E−6 πμrv=0 Dividiendo todo entre la masa,

mg−E v +( =0 ( 6 πμr ) m m )

−

Se puede designar dos constantes para abreviar la ecuación diferencial:

A=

mg−E 6 πμr B= m m

Por lo tanto:

−Bv+ A=0 si v=ctte v=

Δx Δt

Entonces:

B=

AΔt ( experimental ) Δx

Sustituyendo los valores

6 πμr = m

mg−E ∗Δt m Δx

Despejamos la viscosidad sabiendo que

4 E= π 3

Nos queda:

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3 mg−4 π r 3 ρg ∗Δ t 18 πr μ= Δx Viscosidad experimental en el cual utilizaremos esta deducción para los cálculos de esta práctica.

VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINÁMICA Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de distancia, cuando el espacio que los separa está lleno con un fluido y uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también denominado viscosidad dinámica; coeficiente 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/m 2), 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 continuación: El poise es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y tiene dimensiones de dina segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro cuadrado. El submúltiplo el centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad más utilizada para expresar la viscosidad dinámica dado que la mayoría de los fluidos poseen baja viscosidad. La relación entre el pascal segundo y el centipoise es: 1 Pa·s =1 N·s/m2 = 1 kg/ (m·s) =103cP 1 cP = 10-3Pa·s

VISCOSIDAD CINEMÁTICA Se define como:

v= ❑ ρ

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEITES

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La clasificación de los aceites atendiendo a su velocidad, generan en la etiqueta de los envases una serie de siglas, acompañados por unos dígitos, identificando el grado de viscosidad del lubricante, qué se refiere 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 que se enfría o se calienta. Los aceites multigrados con base sintéticos se obtienen haciendo una mezcla de aceites de síntesis de baja graduación SAE y de aceites mineral de altas viscosidad. La Organización de Estandarización Internacional ISO, estableció su ordenación para los lubricantes de aplicación industrial, o a la Sociedad de Ingenieros de Automoción-Society of Automotive Engineers- (SAE) de los Estados Unidos, creo su escala de denominación para definir rangos de viscosidad en los lubricantes de automóviles.

Clasificación SAE La Sociedad de Ingenieros de Automotores de EE.UU.(SAE) clasificó a los aceites según su viscosidad Adoptando como temperatura de referencia 100 grado centígrado y manteniendo la viscosidad en centistoke (cts.)

Clasificación SAE de Viscosidad de Aceites Para Motor (SAE J3O6, DIC 96)

TENSIÓN SUPERFICIAL La Tensión superficial o energía libre superficial es el trabajo necesario para incrementar, a temperatura constante y de modo reversible, el área de la superficie de un líquido en una unidad. Las unidades de tensión superficial son: erg/cm2, Joules/m2, dinas/cm ó N/m. Para realizar la determinación de la tensión superficial se mide la altura que alcanza un líquido dentro de un tubo capilar abierto en ambos extremos de acuerdo a: Un método sencillo para medir la tensión superficial de un líquido es la de elevación capilar. Se coloca un tubo capilar en el líquido cuya tensión superficial se va a determinar, por ejemplo agua. Esto se ilustra en la figura

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Medición de la tensión superficial por el método de elevación capilar. El agua humedece las paredes del tubo y hace que, en esa forma, aumente su área superficial; debido a la tensión de la superficie, el líquido disminuye su área superficial y asciende en el tubo. Por consiguiente, hay una fuerza F, debida a la tensión superficial a lolargo de toda la superficie circular del líquido. El agua se elevará hasta que la fuerza ascendente, que se debe a la tensión superficial, se vea contrarrestada de manera exacta por la fuerza descendente, F debida a la carga hidrostática. Como se muestra en la figura 1.4, nos interesamos solo por la componente ascendente F de la fuerza, debida a las tensiones superficiales F y. Por tanto,

F y ↑= Fcosθ F y ↑= Lγcosθ F y↑= 2πrγcosθ F↓=PA=( hpg)(π r 2 ) Donde P es la presión, A el área de la sección transversal del tubo capilar, h la altura del líquido, g la constante gravitacional y r el radio del tubo capilar. Si igualamos las fuerzas iguales y opuestas, obtenemos:

y=

hpgr 2 cosθ

6. MATERIALES Y REACTIVOS ITEM 1 2 3 4

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MATERIAL Tubo de Vidrio Perdigón de acero cronometro Imán

CARACTERISTICA 150cm 5mm diam

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CANTIDAD 1 5 1 1

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5 6 7 8 9 10

ITEM 1 2 3 4

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Fluxómetro Vernier Vaso de precipitado Escala milimétrica Tubo capilar Balanza eléctrica

REACTIVO Agua destilada Aceites automáticos Alcohol etílico Éter etílico

100 cm 250 cc 10 cm

CARACTERISTICA Diferentes viscosidad p.a. p.a.

1 1 1 1 3 1

CANTIDAD 300 cc 300 cc 200 cc 200 cc

7. PROCEDIMIENTO Viscosidad        

Determinar el diámetro de la esfera y su masa. Determinar la densidad de cada aceite (referencia a práctica Nº1). Se coloca la esfera en el pasador horizontal del tubo. Se sumerge cuidadosamente el pasador. Se deja descender libremente la esfera, cuidando que no roce las paredes del tubo y cuando laesfera pase por la referencia indicada, se acciona el cronómetro. Una vez que la esfera pase por la segunda referencia indicada, se detiene el cronómetro y se tomanota del tiempo empleado. Se repite la operación anterior 5 veces por cada aceite empleado en la práctica. Compare los valores de las distintas viscosidades experimentales con el obtenido mediante labibliografía y los respectivos errores porcentuales obtenidos.

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 superficial y compare con los valores bibliográficos Repita el procedimiento para diferentes líquidos.

8. DATOS Y/O OBSERVACIONES Viscosidad

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1. En laboratorio se han obtenido los siguientes datos de 5 perdigones de acero que se deja descender a través de un aceite SAE 30, como se ve en la figura. A partir de los datos obtenidos, determine la viscosidad del aceite SAE-30. con un intervalo de confianza del 95% y compare con la bibliografía.

MEDICION 1 2 3 4 5

MASA(g) 1,04 1,05 1.03 1.04 1.03

PERDIGON GRANDE DISTANCIA(cm) TIEMPO(s) DENSIDAD(g/ml) DIAMETRO(cm) 50 1.22 0.89 0,64 50 1.25 0.89 0,64 50 1.20 0.89 0,64 50 1.23 0.89 0,64 50 1.21 0.89 0,64

Para Hallar la viscosidad dinámica:

Para la 2da Medición:

Para la 3ra Medición:

𝜇 = 4.02 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒 Para la 4ta Medición:

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𝜇 = 4.05 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒 Para la 5ta Medición:

𝜇 = 4.16 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒 Determinando el error:

Tc= 2.776 Sx=0.09

Entonces: 𝝁𝒑 = 𝟒. 𝟏𝟐 ± 𝟎. 𝟏𝟐 𝑷𝒐𝒊𝒔𝒆 Para Hallar la viscosidad cinemática para la 1ra Medición:

Para la 1ra Medición:

Para la 2da Medición:

Para la 3ra Medición:

Para la 4ta Medición:

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Para la 5ta Medición:

Para determinar el error:

Tc= 2.776 Sx=0.11

Entonces:

𝒗𝒑 = 𝟒. 𝟔𝟒 ± 𝟎. 𝟏𝟒 𝑺𝒕𝒐𝒌𝒆

2. En laboratorio se han obtenido los siguientes datos de 5 perdigones de acero que se deja descender a través de un aceite SAE 30, como se ve en la figura. A partir de los datos obtenidos, determine la viscosidad del aceite SAE-30. con un intervalo de confianza del 95% y compare con la bibliografia.

MEDICION 1 2 3 4 5

MASA(g) 0.43 0.45 0.43 0.44 0.45

PREDIGON MEDIANO DISTANCIA(cm) TIEMPO(s) DENSIDAD(g/ml) DIAMETRO(cm) 50 3.5 0.89 0,47 50 3.8 0.89 0,48 50 3.4 0.89 0,49 50 3.6 0.89 0,49 50 3.7 0.89 0,48

Para Hallar la viscosidad dinámica :

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Para la 2da Medición:

Para la 3ra Medición:

𝜇 = 7.4 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒 Para la 4ta Medición:

𝜇 = 6.59 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒 Para la 5ta Medición:

𝜇 = 7.21 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒 Determinando el error:

tc=2.776 Sx=0.41

Entonces: 𝝁𝒑 = 𝟔. 𝟖𝟔 ± 𝟎.𝟓𝟏 𝑷𝒐𝒊𝒔𝒆 Para Hallar la viscosidad cinemática para la 1ra Medición:

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Para la 2da Medición:

Para la 3ra Medición:

Para la 4ra Medición:

Para la 5ra Medición:

Para determinar el error:

Entonces:

}

tc=2.776 Sx=0.41

3. En laboratorio se han obtenido los siguientes datos de 5 perdigones de acero que se deja descender a través de un aceite SAE 30, como se ve en la figura. A partir de los datos obtenidos, determine la viscosidad del aceite SAE-30. Con un intervalo de confianza del 95% y compare con la bibliografía. MEDICION 1 2

MASA(g) 0.43 0.45

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DISTANCIA(cm) 50 50

TIEMPO(s) 3.3 3.2

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DENSIDAD(g/ml) DIAMETRO(cm) 0.89 0,47 0.89 0,48

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3 4 5

0.43 0.44 0.45

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50 50 50

3.4 3.2 3.4

0.89 0.89 0.89

0,49 0,49 0,48

Para Hallar la viscosidad dinámica :

Para la 2da Medición:

Para la 3ra Medición:

𝜇 = 7.4 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒

𝜇 = 6.59 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒

𝜇 = 7.21 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒

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Determinando el error:

tc=2.776 Sx=0.41 Ex=2. 𝜇𝑝 = 6.86 ± 0.51 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒

Entonces:

Para Hallar la viscosidad cinemática para la 1ra Medición:

Para la 2da Medición:

Para la 3ra Medición:

Para la 4ra Medición:

Para la 5ra Medición:

Para determinar el error:

Entonces:

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}

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tc=2.776 Sx=0.41

4. Con los siguientes datos determine el radio del tubo capilar con un intervalo de confianza del 95% Medición

Masa capilar vacío (g)

1 2 3 4

0,16 0,14 0,15 0.14

Masa capilar lleno (g) 0,21 0,20 0,21 0.20

Longitud del capilar (cm) 7.6 7.5 7.5 7.7

Densidad (g/cm3) 1 1 1 1

Para la 1ra Medición:

𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 𝑚𝐶.𝐿𝑙𝑒𝑛𝑜 − 𝑚𝐶.𝑉𝑎𝑐í𝑜 𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 0.21 − 0,16𝑔 = 0,05𝑔

Como es un cilindro tenemos:

Para la 2da Medición:

𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 𝑚𝐶.𝐿𝑙𝑒𝑛𝑜 − 𝑚𝐶.𝑉𝑎𝑐í𝑜

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m Alcohol=0.20−0,14 g=0,06 g

Como es un cilindro tenemos:

Para la 3ra Medición:

𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 𝑚𝐶.𝐿𝑙𝑒𝑛𝑜 − 𝑚𝐶.𝑉𝑎𝑐í𝑜 m Alcohol=0.21−0,15 g=0,06 g

Como es un cilindro tenemos:

Para la 4ta Medición:

𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 𝑚𝐶.𝐿𝑙𝑒𝑛𝑜 − 𝑚𝐶.𝑉𝑎𝑐í𝑜 m Alcohol=0.20−0,14 g=0,06 g

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Como es un cilindro tenemos:

Determinación del error

tc=3.182 Sx=0.002

5. Con los datos obtenidos en la anterior tabla y con datos experimenta les para diferentes líquido determinar la tensión superficial de cada líquido y comparar con datos bibliográficos Medida 1 Aceite vegetal 2 Éter 3 Agua

Altura alcanzada (cm) 2.20 0,6 3

Para el Agua

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Para el Éter

Para el Aceite

9. CONCLUSIONES  El experimento a pesar de su corto desarrollo, tuvo pequeñas fallas que por suerte no intervinieron en gran parte dentro de los cálculos realizados, estos fueron debidos principalmente a la precisión de los cronómetros. Si bien hubo errores sistemáticos personales, se puede asegurar que también hubo errores de precisión en el mecanismo de los cronómetros.  En el experimento se comprueba por lo observado en el recorrido realizado por las esferas, se pudo ver con claridad la existencia de un arrastre de éstas principalmente al llegar a la parte inferior, 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 fluidos y, la cual puede distinguir uno de otro.  La tensión superficial de igual forma se verifica, poniendo en consideración la formula proporcionada por la teoría la cual se usó para determinar la misma. Los datos no fueron del todo precisos debido al diferente error sistemático que pudo existir. En síntesis los datos tomados verifican lo que la teoría nos dice.

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10. BIBLIOGRAFÍA • • •

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https://constructorelectrico.com/variaciones-de-voltaje Álvarez, Alfredo – Valenzuela julio-yujra Federico. Prácticas de química general. Leonardo G. Coronel Rodríguez. Como resolver problemas en química general.

html.rincondelvago.com/propiedades-fisicas-de-la-materia.htm VIDEOS

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