LABORATORIO 6 Viscosidad

 

“Año del Bicentenario del Perú: 200 años de Independencia” Independencia” Universidad Nacional Mayor de San Marcos ESCUELA DE INGENIERÍA TEXTIL

Curso: Laboratorio Física Tema: Viscosidad Profesor: Ceron Loayza Maria Luisa Semana: 5 Horario: Vierne ierness 6:00 6:00-8:00 -8:00 pm

Integrantes: ● Cristobal Marcos, Deisy ● Linares Hernandez, Damaris Liset ● Lopez Gudiel, Danitsa Xiomara

Lima, 2021

 

Informe - N° 6

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VISCOSIDAD EXPERIENCIA N° 06 Viscosidad Viscosi dad es una pro propie piedad dad de los fluidos fluidos de gra gran n importancia sobre todo en procesos industriales. Cantidad  física de gran influencia en mediciones de flujo de fluidos. Su val valor or es pun punto to de ref refere erenci ncia a en la for formul mulaci ación ón de nuevos productos.

I.

OBJETIVO: Determinar el coeficiente coeficiente de viscos viscosidad idad de distintos líquidos.

II.

EQUIPOS / MATERIALES: 1 Soporte universal 1 Clamp 1 Pinza de agarradera 1 Viscosímetro de Ostwald 1 Termómetro analógico / digital 1 V Vaso aso de precipitados, 1 500 ml 1 Picnómetro 1 Balanza digital 1 Probeta graduada de 10 ml 1 Cronómetro Líquidos: Água destilada, alcohol, ron

III.

FUNDAMENTO TE TEÓRICO: El gasto Q (rapidez de volumen volumen de flujo) de un líquido es el producto de la rapidez del fluido v por un volumen de control A,

También se encuentra a partir de la ley de Poiseuille, (1) Donde, V es el volumen del líqu íquid idoo de viscosid idaad escurri riééndose a través de un tubo capilar de longitud L y radio R sometido a una diferencia de Laboratorio Física II- Viscosidad

2

 

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 presiones(P2-P1) en un tiempo t.Despejando el coeficiente de viscosidad h de (1)  presiones(P2-P1) se tiene: (2) Cons onside ideran rando do doss líqu líquid idoos de ig iguuale ales vo volú lúm men enees y te temp mper eraatu tura ra,, mid idie iend ndoo lo loss tiempos t1 y t2 que emplean en atravesar una sección tr traansversal del capil ilaar del visc vi scos osím ímet etro ro y reco record rdan ando do qu quee la dife difere renc ncia ia de pr pres esio ione ness de dell lí líqu quid ido, o, se es esta tabl blec ecee que:

Donde: n1 y n 2 son las viscosidades de los líquidos desconocidos desconocidos y conocidos respectivamente.   1 ,   2 son las densidades densidades y t1 , t2 son los tiemp tiempos os respectivos

on los los errore erroress absol absoluto utoss de los los tiem tiempos pos corres correspon pondie diente ntess ∆ t1 , ∆t2 sson

IV.

EXPERIMENTO: ● MONTAJE

●

Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la Figura 2. PROCEDIMIENTO 1. Deter Determine mine las ddensi ensidade dadess del del ag agua, ua, alcoh alcohol ol y Ron con el picnómetro.

= 0.989 g/cm3   alcohol  = 0.8705 g/cm3   agua

  ron = 0.901 g/cm3   = 0.966 g/cm3

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2. Vierta agua agua ddestil estilada ada en en el vis viscosí cosímetro metro hasta que llene llene el el bulbo bulbo C (Figura (Figura 2). 3. Insufle aire por la rama ancha hasta que el líquido ascienda por el capilar  lle llenand ando el bu bulb lboo has hasta el punto nto A. Cu Cubbra la ra rama ma anc ncha ha con un ded edoo; ev evit itar aráá así que el líquido descienda por gravedad. 4. Destape la rama ancha a fin de que el agua corra, y con el cronómetro tome el tiempo que tarda el líquido en pasar del punto A al punto B, realice este vec 5.  paso Repit3a veces losespaysoanote s antelos riovalores res paraenellaaT lcabla ohol1.y para el ron/mezcla, asegúrese que el viscosímetro viscosímetro se encue encuentre ntre limpio antes ddee verter el líquido. 6. Seguidamente realice este mismo procedimiento para cada líquido a la temperatura de 50°C, para ello caliente agua en un vaso de precipitado de 1lit 1l itro ro ha hast staa qu quee teng tengaa la temp temper erat atur uraa de 50 50°C °C,, su sume merj rjaa el vi visc scos osím ímet etro ro co conn el líquido a trabajar en su interior y mida el tiempo que demora en pasar el líquido desde el el punto A aall punto B y regís regístrelo trelo en la tabla 1. TABLA 1

 Agua destilada

 Alcohol

Ron

Agua destilada +  Alcohol 

7.62 s

20.33 s

17.91 s

15.10 s

1

7.56 s

20.57 s

17.52 s

15.20 s

2

7.53 s

20.59 s

17.68 s

15.08 s

3

7.66 s

20.40 s

17.72 s

14.92 s



7.59 s

20.52 s

17.64 s

15.06 s

∆t 

± 0, 06

± 0, 19

± 0, 14

± 0, 15

T = Temperatura Temperatura (ºC), t = tiempo (s), ∆t = error error total en la me medida dida de t. ❖

 Determinamos el promedio del del tiempo:  ● Agua destilada:

=

7,56 + 7,53+ 7,56 +7,62 4

=

20.57 + 20.59+ 20.40

= 7, 59 

● Alcohol:

= 20. 52 s

3

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4

 

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● Ron:

=

17.52 + 17.68+ 17.72 3

= 17. 64 

=

15.20 + 15.08+ 14.92 3

= 15. 06 

● Mezcla:

❖

 Determinamos el el error total: ∆

2

  = ∆ =

●

() + ()

2

Agua destilada: Es = 0,01 Σ( −)2 

σ =

 =

3σ −1

=

3  0,0367 3

∆ =

= 0, 0367

= 0, 0636 2

2

(0, 01 01) + (0, 0636) = 0.06

● Alcohol:

Es = 0,01 σ =  =

3  0,1105 3

=0,, 11 =0 1105 05

= 0, 1915

∆ = ●

Σ( −)2 

2

2

(0, 01 01) + (0, 191) =0 =0,, 19

Ron: Es = 0,01 2

σ =

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Σ( −) 

= 0, 0792

5

 

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3σ

 =

−1

3  0,0792

=

= 0, 1371

3

2

∆ =

2

(0, 0 01 1) + (0, 1371) = 0, 14 14

● Mezcla:

Es = 0,01 2

Σ( −) 

σ =  =

3σ

3  0,0622

=

−1

3

∆ =

V.

= 0, 0622

= 0, 1077 2

2

(0, 01 01) + (0, 1077) = 0, 1 15 5

EVALUACIÓN: 1.

Reemplace los valores en la ecuación (3), tomando como dato la visscos vi osid ida ad te teór óric ica a del agu gua a par ara a la te tem mpe perrat atu ura cor orrres esp pon ondi dieent ntee, Tamb respectivamente, respectivame nte, escriba sus resultados resultados en la siguiente tabla.

 η agua (

)

1. 01  



 η alcohol ()

2. 39  

 η ron (

2. 12  

)



 η agua + alcohol (

●

)

1. 94  



Densidades teóricas:   agua

= 0.998 g/cm3

  alcohol 

T° = 20 °c

= 0,8705 g/cm3

T° = 20 °c

  ron = 0.901 g/cm3   = 0.966 g/cm3

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●

Viscosidades teóricas:  η Agua = 1.00 cp  η Alcohol = 1.25cp  η Ron = 2.09cp  η Mezcla = 1.01 cp

●

Viscosidades experimentales: ❖   Agua: 1.002  

3

0.988 /   7.59 

  =

3

1 /   7.59

2

   = 1. 01  2

❖  Alcohol: 3

1.002  

  =

2

0.988 /    7.59  3

0.8705 /    20.5 20.52 2

   = 2. 39  2

❖  Ron: 1.002  

3

  =

2

0.988 /    7.59  3

0.901 /    1 17.64 7.64 

   = 2. 12  2

❖  Mezcla: 1.002  

3

  =

2

0.988 /   7.59  3

0.966 /   15.06 

   = 1. 94  2

2. Calcule Calcule los error errores es porcen porcentuale tualess para para cada cada caso. caso. Si el resultad resultado o sale mayo mayor  r  al 10%, justifique  ó −   | % = || |100%  ó

●

Agua: % = ||

1.00− 1.01 1.00

|100% |

 E=1.00%

●

Alcohol:

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% = ||

1.25− 2.39 1.25

|100% |

 E= 91.20 %  Justificación:  En este caso el error porcentual superó el 10 % , pues esto ocurrió

debido a que al momento de obtener lo datos se cometieron imprecisiones al  momento momen to de medir el volumen volumen del alcohol alcohol,, así también también como como los tiempos tiempos obtenidos en el viscosímetro de Ostwald asimismo sucedió con la densidad  de la sustancia pura obtenida a una temperatura de 20°C. ●

Ron: % = ||

2.09−2.12 2.09

|100% |

1.01− 1.94 1.01

|100%

 E=1.44%

●

Mezcla: % = |

 E=92.07%  Justificación:  En este caso al igual que en el caso del alcohol el error porcentual   superó el 10 % , pues esto est o sucedió debido a que al momento de obtener lo datos dat os se cometie cometiero ron n impre imprecisi cisione oness al moment momento o de medir medir el volume volumen n del  alcoho alc ohol, l, así también también como los tiempos tiempos obtenido obtenidoss en el viscosí viscosímetr metro o de Ostwald Ostwa ld asimismo asimismo sucedió sucedió con la densidad densidad de la sustancia sustancia pura obtenida obtenida a una temperatura de 20°C. 3. Investigu Investiguee acerca acerca de de los tipos de lubrica lubricantes ntes utiliz utilizados ados en autos autos y la relación de los lubricantes con la temperatura.

● Lubricantes utilizados en autos: ○

 Lubricante por por grado de viscosidad:

El valor  SAE que es el grado de viscosidad del aceite, depende much mu choo de la temp temper erat atur ura. a.Ca Cabe be resa resalt ltar ar qu quee la vi visc scos osid idad ad se re refi fier eree a un va valo lor  r  que indica la mayor o menor estabilidad de un aceite lubricante con los camb cambio ioss de temp temper erat atur ura. a. La clas clasif ific icac ació iónn SA SAE E es está tá a te temp mper erat atur uras as Fa Fare renh nhei eitt (0°F – 210°F, equiva ivalen lentes tes a -18°C y 99°C Celsius). estable 8 grados para

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los los mo mono nogr grad ados os y se seis is pa para ra el mu mult ltig igra rado do,, es pr prec ecis isoo se seña ñala larr qu quee lo loss nú núme mero ross  bajos indican baja baja viscosida viscosidad. d. -   Aceite monogrado monogrado:: Diseñados para trabajar a una temperatura espec pecífic íficaa o en un ran rango mu muyy cer erra rado do de te temp mpeera ratu tura ra.. En el merc mercaado se pueden encontra trar aceite ites monogrado SAE 10, SAE 20, SAE 30 y SAE 40, entre otros. SAE 10: empleado en climas con T° menores a 0ºC. SAE 20: empleado en en climas te templados mplados o inferiores a 0ºC. SAE 30: sirve para motores de automóviles automóviles en climas cálidos. SAE 40: se usa para motores de traba trabajo jo pesado y eenn verano. Sin Sin em emba barg rgoo es im impo port rtan ante te se seña ñala larr qu quee es esto toss ac acei eite tess mono monogr grad ados os en la actualidad son poco solicitados por los fabricantes de autos debido a su limita lim itaci ción ón a di dife fere rent ntes es temp temper erat atur uras as.. A di dife fere renc ncia ia de lo loss ac acei eite tess mult multig igra rado dos, s, que están diseñados para trabajar a rangos más amplios de temperatura  puesto que están formados por un aceite base de baja viscosidad así como de adit aditiv ivoos que que evit evitan an que el lub lubri riccant ntee pie ierd rdaa vi vissco cossid idaad al cal aleent ntaarse rse. SAE son, n, en entr tree ot otro ros, s, al algu guno noss de lo loss ac acei eite tess 5W-3 5W -300, SA SAE E 10 10W W-4 -400 o SAE 15W 5W-4 -400 so multigrado que podemos encontrar en el mercado. La letra W, que indica invi invier erno no (W (Win inte terr, en ingl inglés és), ), de desi sign gnaa aq aque uell llos os ac acei eite tess de moto motorr qu quee cu cump mple lenn con los requerimientos de viscosidad a bajas temperaturas. ○  Lubricante por por tipo de servicio servicio (API):

API son las las si sigglas las en ingl ingléés del In Inst stit itut utoo Ameri mericcano del Pet etró róle leo, o,el el cual define una serie de exigencias mínimas que los lubricantes deben cump cumpli lirr. Es Esta ta clas clasif ific icac ació iónn apar aparec ecee en el en enva vase se de to todo doss lo loss ac acei eite tess y co cons nsta ta de 2 letr letraas. La prim rimera era letr letraa dete determ rmin inaa el ti tipo po de combus mbusti tibble de dell moto motorr para el que fue diseñado, utilizando una “S” para motores a gasolina y una “C”  para motores diesel. La segunda letra especifica la calidad del aceite según el ord orden alfab lfabéétic tico. Cua Cuando ndo ma mayo yorr sea la le letr traa, may ayoor ca cali lida dad. d. Actu Actuaalme lment ntee, APIAP I-S SN es el nive nivell de calid alidaad más más re reccie ient ntee y más más alt ltoo en cu cuaant ntoo a moto motore ress de gaso ga soli lina na.D .Dee esta esta ma mane nera ra,, los los nive nivele less ac actu tual ales es qu quee po pode demo moss en enco cont ntra rarr so sonn lo loss siguientes: SH – Mejor protección en materia de ccorrosión orrosión de control control de depósitos, oxidación del aceite, desgaste y corrosión. SJ – Mejor control de la formación de depósitos, depósitos, fluidez a bajas temperaturas y protección del mo motor tor a un alto régime régimenn de vueltas. SL – Mejora la resistencia resistencia antioxidante a altas T° y a desgas desgastes. tes. SM –Para motores modernos (inyec (inyección). ción). Disminuye el espesamiento causado por la oxidación, oxidación, nitración y depósitos depósitos a altas T°.  – Disminuye el consumo consumo de combustible combustible y au aumenta menta la protección SNsensores de y sondas para control de emisiones. Laboratorio Física II- Viscosidad

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● Relación de los lubricantes con la temperatura:

Una de las Una las cara caract cter erís ísti tica cass de lo loss lu lubr bric ican ante tess es la vi visc scos osid idad ad,, pu pues es és ésta ta determina la resistencia al movimiento que ofrece el fluido lubricante. Aunq Au nquue en la ma mayyor part partee de los los caso soss ser ería ía de dessea eabble qu quee la vis isco cosi siddad de un lub lubric ricante nte perma ermannecie eciera ra cons nsta tannte, te, ést staa se ve afe feccta tada da por la lass con onddic icio ionnes ambientales. Para Para evitarlo se us usan an aditivos. (Lóp (López, ez, 2000) Es im impo port rtan ante te me menc ncio iona narr qu quee en term termod odin inám ámic icaa la te temp mper erat atur uraa y la ca cant ntid idad ad de mo movi vimi mien ento to de las las mo molé lécu cula lass se co cons nsid ider eran an eq equi uiva vale lent ntes es.. Cuan Cuando do au aume ment ntaa la temp temper erat atur uraa de cual cualqu quie ierr su sust stan anci ciaa (e (esp spec ecia ialm lmen ente te en líqui líquido doss y ga gase ses) s) su suss molé mo lécu cula lass adqu adquie iere renn ma mayo yorr mo movi vili lida dadd y su co cohe hesi sión ón di dism smin inuy uye, e, al ig igua uall qu quee dis dismin minuye uye la acció cciónn de las las fue fuerzas rzas in inte term rmoole leccul ulaare ress. Por ell lloo, la vi visscos cosid idaad varía con la temperatura, aumentando cuando baja la temperatura y disminuyendo cuando se incrementa (López, 2000).

Relación Viscosidad-Temperatura

Gráfico 1. Comportamiento Comportamiento de la viscosidad cinemática cinemática y absoluta con respecto a la temperatura de una muestra de lubricante

Con este gráfico podemos ver que la viscosidad es inversamente  proporcional a la temperatura, por otro lado es preciso señalar que la viscosidad con la temperatura temperatura no es igual en todos los aceites.

4.

Determine el coefic Determine coeficiente iente de visco viscosidad sidad para una mezc mezcla la que cont contenga enga 50% de agua destilada + 50% de ron.

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Como Co mo refe refere renc ncia ia tend tendre remo moss en cuen cuenta ta el ag agua ua a te temp mper erat atur uraa ambi ambien ente te co conn la siguiente fórmula:

Para hallar el tiempo de la mezcla (50% (50% agua destilada y 50% ron) utilizamos el tiempo promedio obtenido en la tabla 1.



 



= 17, 64 





=



ρ

ρ

7.59+17.64 2

= 12. 62 

Usamos Usamos como como da dato to llas as den densid sidade adess del del agua agua destila destilada da y el ron: ron:



ρ

= 7, 59 

  = 0, 988 / / 

3

3

  = 0, 901 /





-

=

0.988 + 0.901 2

3

= 0. 945 /

Dete Determ rmin inam amos os la visc viscos osid idad ad:: 3

1.002   η

VI.

  =

0.988 /   7.59  3 0..945 /   12.62 

→

 η = 2. 22 

CONCLUSIONES: Los líquidos con menor viscosidad fluyen en menos tiempo y los que tienen viscosidades elevadas fluyen en mayor tiempo, en esto también interviene la temperatura ambiente (20°). El ins instru trume mennto utili tilizzado ado en la exp xpeerie riencia cia (p (pic icnó nóme metr tro) o) nos mue muest stra ra un re ressul ulta tado do más acertado y efectivo efectivo para calcular las dens densidades idades de los líquidos.

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A través de la experimentación se pudo observar que entre la viscosidad y la densidad no existe una relación como tal, esto porque cuando los líquidos  presentaban densidades similares, se presenta la posibilidad de que las densidades resulten muy diferentes. También se pudo concluir que la viscosidad es un indicador importante en los lubr lubric icaantes tes pues esto to que su valor lor indi indicca la may ayoor o men enor or esta tabbil ilid idad ad que pr preese sennta un aceite lubrica icante con los los cambios de temperatu turra, es por ell lloo que la vis isccosidad es muy tomado en cuenta al momento de adquirir un lubricante. Por otro lado pudimos entender la influencia que tiene la temperatura en la viscosidad, según el gráf ráfico 1 se pudo ver que a mayor tempera rattura la viscosidad tiende a disminuir.

VII.

REFERENCIAS: Clasificación de los Aceites y Lubricantes para Motor . (2017, 22 agosto). El

Blog

de

CompraLubricantes.com.

https://compralubricantes.com/blog/clasificacion-de-los-aceites-y-lu bricantes-para-motor/

¿Qué significa API? | Compra Lubricantes Online . (2017, 22 agosto). El Blog

de

Compra

Lubricantes.com.

https://compralubricantes.com/blog/que-significa-api/ Vargas argas,, J. (2017 (2017). ).  ESTUDIO COMPARATIVO DE DIVERSOS ACEITES

LUBR LU BRIC ICAN ANTE TES S EN UN PO POOL OL DE MA MAQU QUIN INAR ARIA IA AG AGRÍ RÍCO COLA LA [T [Tes esis is de ba bach chil ille lerr pa para ra op opta tarr el tí títu tulo lo de In Inge geni nier ero o Ag Agrí ríco cola la ].Repo ].R eposit sitori orio o ins institu titucio cional nal de la Uni Univer versid sidad ad Nac Nacion ional al Agrari Agraria a La Molina https://repositorio.lamolina.edu.pe/bitstream/handle/UNALM/3363/v argas-mendiola-julio-manuel.pdf?sequence=1&isAllowed=y

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