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Universidad nacional del callao, viscosidad

Calculo del coeficiente de viscosidad de un fluido por comparación con otro fluido conocido utilizando el viscosímetro de Ostwald. León Alba Andy 1623125935, tapia pandia Hugo Richard 1613125329, Robles Carmona Andrés1513120264, junco rojas ángel Rodrigo 16231215539 FIEE, UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO, LABORATORIO DE FISICA II

RESUMEN: La Viscosidad es un parámetro de los fluidos que tiene importancia en sus diversas aplicaciones industriales, particularmente en el desempeño de los lubricantes usados en máquinas y mecanismos. La viscosidad de las sustancias puras varía de forma importante con la temperatura y en menor grado con la presión. La facilidad con que un líquido se escurre es una pauta de su viscosidad. Se define la viscosidad como la propiedad que tienen los fluidos de ofrecer resistencia al movimiento relativo de sus moléculas. También se suele definir la viscosidad como una propiedad de los fluidos que causa fricción, esto da origen a la perdida de energía en el flujo fluido. Si la fricción es despreciable, se considera el flujo como ideal. Viscosidad: Una propiedad física muy importante que caracteriza la resistencia Para ciertos líquidos, la viscosidad es constante y solo depende de la temperatura y presión. Este grupo se denominan líquidos Newtonianos. Los líquidos que no siguen esta relación proporcional son denominados fluidos no-Newtonianos. La viscosidad dinámica es la propiedad de los fluidos que se caracteriza por su resistencia a fluir, debida al rozamiento entre sus moléculas. En el Sistema Internacional se mide en Pascales segundo, pero la unidad más utilizada es el centipoise (cps),

equivalente a 1mPa s. La viscosidad cinemática es el cociente entre viscosidad dinámica y densidad, y se mide en centistokes. El estudio de los fluidos en movimiento es un problema complejo y en el que la viscosidad juega siempre un papel fundamental, aunque las teorías más elementales ignoran sus efectos, suponiendo que el líquido se puede dividir en capas se deslizan unas sobre las otras sin encontrar ninguna resistencia. En realidad esto dista mucho de ser verdad, y en el movimiento se desarrollan unas fuerzas tangenciales tan grandes que algunas veces éste se lleva a cabo con gran dificultad. Esto sucede por ejemplo con aceites muy pesados. Por el contrario, otras veces estas fuerzas son muy pequeñas y el líquido fluye entonces fácilmente como sucede con el agua o el alcohol. Este “grado de fluidez” se caracteriza por un coeficiente típico de cada sustancia que se llama coeficiente de viscosidad o viscosidad dinámica. Un sólido amorfo no es en realidad más que un líquido cuya viscosidad dinámica es enormemente grande. Fue Newton el que dio la expresión de la fuerza de viscosidad: “La fuerza tangencial que una capa ejerce sobre la contigua es proporcional al área de la superficie de contacto y al gradiente de la velocidad normal a la dirección de deslizamiento”

Universidad nacional del callao, viscosidad

Palabras

clave:

fluidos, sustancias, facilidad, resistencia

viscosidad, presión,

Abstract:

Viscosity is a parameter of fluids that is important in its diverse industrial applications, particularly in the performance of lubricants used in machines and mechanisms. The viscosity of pure substances varies significantly with temperature and to a lesser degree with pressure. The ease with which a liquid drains is a pattern of its viscosity. Viscosity is defined as the property that fluids have to offer resistance to the relative movement of their molecules. Viscosity is also usually defined as a property of the fluids that cause friction, this gives rise to the loss of energy in the fluid flow. The importance of friction in physical situations depends on the type of fluid and the physical configuration or pattern. If the friction is negligible, flow is considered ideal. Viscosity: A very important physical property that characterizes the resistance. For certain liquids, the viscosity is constant and only depends on the temperature and pressure. This group are called Newtonian liquids. Liquids that do not follow this proportional relationship are called non-Newtonian fluids. Dynamic viscosity is the property of fluids characterized by their resistance to flow, due to friction between their molecules. In the International System, it is measured in second Pascal, but

The most used unit is the centipoise (cps), equivalent to 1mPa s. The kinematic viscosity is the quotient between dynamic viscosity and density, and is measured in centistokes. The study of fluids in motion is a complex problem and in which viscosity always plays a fundamental role, although the most elementary theories ignore their effects, assuming that the liquid can be divided into layers sliding over each other without finding any resistance. In reality this is far from being true, and in the movement tangential forces are developed so great that sometimes this is carried out with great difficulty. This happens for example with very heavy oils. On the contrary, other times these forces are very small and the liquid then flows easily as it happens with water or alcohol. This "degree of fluidity" is characterized by a typical coefficient of each substance called viscosity coefficient or dynamic viscosity. An amorphous solid is really nothing more than a liquid whose dynamic viscosity is enormously large. It was Newton who gave the expression of the viscosity force: "The tangential force that a layer exerts on the contiguous is proportional to the area of the contact surface and the gradient of the normal velocity to the direction of slid.

Keywords: viscosity, fluids, substances, pressure, ease, resistance

Universidad nacional del callao, viscosidad

I.INTRODUCCION: Fue Newton el que dio la expresión de la fuerza de viscosidad: “La fuerza tangencial que una capa ejerce sobre П ∆ p R4 t la contigua η= 8 lv es proporcional al área de la superficie de dv F contacto y al =η dx A gradiente de la velocidad normal a la dirección de deslizamiento”.

Donde: F: fuerza por unidad de área dv : Gradiente de velocidad. dx η : Coeficiente de Viscosidad Su unidad en el sistema SI es el Stokes, aunque es corriente también utilizar la unidad de viscosidad en el antiguo sistema CGS. Esta unidad se llama poise (1 Stokes = 10 poise). La viscosidad cinemática σ es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad. El fundamento de la mayor parte de los viscosímetros que se utilizan en la práctica es la fórmula de poiseville, que nos da el caudal Q (volumen de fluido por unidad de tiempo) V que Q= = t atraviesa 4 un capilar П∆pR 8ηL

de radio R y longitud l entre cuyos extremos se ha aplicado una diferencia de η=K ∆ pt presiones ∆p. Fórmula de poiseville:

Donde η es la viscosidad del fluido. Esto es:

Como R, l, V son constantes para un tubo П R4 K= 8 LV η=k ‫ ׳‬ρt

determinado,

haciendo (K):

Se tiene:

Si el líquido fluye únicamente por acción de la gravedad en un tubo situado verticalmente, la presión ∆p es la que ejerce la columna de líquido, esto es:

∆p=ρgh

Universidad nacional del callao, viscosidad Siendo ρ la densidad del líquido y h la altura de la columna. Por lo tanto:

Y como también h y g es una constante para un tubo determinado podemos escribir:

El valor de K´ depende por tanto de la geometría de cada viscosímetro en concreto y suele darlo el constructor, aunque puede determinarse utilizando un líquido de viscosidad conocida. Normalmente se determinan las viscosidades relativas referidas al agua. Para el agua se tendrá: Análogamente cualquiera:

para

otro

liquido

El viscosímetro de Ostwald está formado por un capilar unido por su parte inferior a una ampolla L y por su parte η=kρght superior a otra ampolla S. Se llena la ampolla inferior L de agua introduciéndola por A. Se aspira por la rama B hasta que el nivel del agua sobrepase la ampolla superior procurando que no queden burbujas de aire. Se deja caer el agua y se cuenta el tiempo que tarda en pasar entre los niveles M1 y M2. Se repite esta operación varias veces y se calcula el valor medio de los tiempos, t. A continuación se procede de manera análoga con el líquido cuya viscosidad se desea conocer, obteniéndose el valor medio t´. Una vez obtenidos los tiempos se calcula el valor de la viscosidad dinámica, η(h ₂ o)=k ‫ ׳‬ρ(h ₂ o)t (agua ) η(fluido)=k ‫ ׳‬ρ( fluido )t (fluido )

Relacionando estas ecuaciones nos da lo que se llama la viscosidad dinámica: η(fluido) ρ(fluido)t (fluido ) = ρ(h ₂o)t (h ₂o) ηH ₂0 Así pues, podemos conocer la viscosidad dinámica de un líquido Midiendo su densidad y la razón entre los tiempos que tarda en fluir el mismo volumen de líquido y de agua.

II.DESARROLLO DEL EXPERIMENTO ¿Qué es el viscosímetro de ostwald?

Cuando se comience a trabajar tanto con el líquido como con el agua el viscosímetro debe estar limpio y seco. Adjuntamos imagen del viscosímetro de ostwald

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Procedimiento Consiste de un tubo de forma de U una de cuyas ramas posee en su parte superior un bulbo A con dos señales ¨a¨ y ¨b¨. Por debajo de este ensanchamiento se prolonga un tubo en forma de capilar ¨B¨ y luego se ensancha de nuevo formando en la otra rama el depósito cilíndrico ¨C¨ en el cuál se llena el líquido cuya viscosidad quiere determinar 



Materiales 

     

Viscosímetro de ostwald agua Ron de quemar Alcohol Un cronometro Una fuente de expulsión de aire ( pulmones del alumno) Un recipiente o cubeta De vidrio





Una vez que ¨C¨ está lleno de líquido, se presiona a este insuflando aire por la boca de dicha rama vertical , hasta hacer subir la superficie del líquido por la otra rama estrecha hasta la señal ¨a¨. Entonces se destapa la rama ancha del viscosímetro y con un cronómetro se mide el tiempo que tarda el menisco del líquido para pasar de la señal ¨a¨ hasta la señal ¨b¨.

Universidad nacional del callao, viscosidad del tiempo para hallar un tiempo promedio: sustanci T1 ) tT2 η(fluido ) ρ( fluido ( fluido )T3 = a ρ(h ₂o) t (h ₂o) ηH ₂0 Agua 13.9 12.5 12.6 ron

25.8

24.4

alcohol

24.8 2

25.1 6

25.4 5 24.3 7

tpro m 13 25.2 2 24.7 8

Utilizaremos la ecuación de la viscosidad que relaciona los fluidos: Tomaremos como base los datos conocidos del agua:  El coeficiente de viscosidad del agua es a (20 °C) 0,001 Pa.s

OBJETIVO Determinar de la viscosidad de un líquido por comparación con otro conocido en este caso tomaremos como referencia al agua, de este tomaremos su densidad y su η(fluido) ρ(fluido)t (fluido ) = ηH ₂0 ρ(h ₂o)t (h ₂o) coeficiente de viscosidad la cual son η(ron)=



Densidad kg/m³

del

agua

También necesitaremos la densidad del ron y del alcohol  Densidad del ron de quemar o metanol 791,8 kg/m3  Densidad del alcohol de 789 kg/m³ Despejando de la igualdad para el ron y para el alcohol:

ρ(ron ) t ( ron)η(h₂ 0) ρ(h ₂o )t(h₂ o )



Para el ron

conocido para determinar el coeficiente de viscosidad tanto del ron de quemar como del alcohol. Utilizando para esto el instrumento empleado en laboratorio, el viscosímetro de Ostwald.

η ( ron) =

III. DATOS DEL EXPERIMENTO

η ( ron) =1 .5 x 10

Los siguientes datos tomados en el laboratorio se basan en el cálculo

1000



(792 )(25.22)( 0,001) (1000 )(13 ) −3

Pa.s

Para el alcohol

Universidad nacional del callao, viscosidad η( alcohol)=

ρ(alcohol) t(alcohol)η (h ₂0 ) ρ(h ₂ o )t (h ₂ o)

η ( alcohol ) =

(789 )(24.78 )(0,001) (1 000)( 13 ) −3

η ( alcohol ) =1.50 x 10

Ahora hacemos una tabla para colocar los datos experimentales y los datos teóricos para calcular el porcentaje de error

ron

η(teorico) 0.5 x 10−3

η(exp) 1. 5 x 10−3

alcohol

1.2 x 10−3

1.50 x 10−3

que el viscosímetro de Oswald nos da buenas medidas y es útil para soluciones poco viscosas ,Sin embargo para el ron vemos el porcentaje de error es un poco elevado ,suponemos y creemos entonces que hubo unos pequeños desajustes a la hora de hacer las mediciones , en cambio observamos que para el alcohol el porcentaje de error es menor lo cual nos hace acercar más a lo que es el valor establecido.

VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS http://didactica.fisica.uson.mx/tablas /viscosidad.htm http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/ fis/densidades.pdf

Calculando el porcentaje de error:

https://es.wikipedia.org/wiki/Metanol7 %20Viscosidad.pdf

%error=

valor teorico− valor experimental x1 valor teorico 00%



alcohol=

%error

1.2 x 10−3−1.50 x 10−3 x100% 1.2 x 10−3 %error alcohol =25% 

ron=

%error −3

−3

1.5 x 10 −0.5 x 10 1.5 x 10−3

x100%

%error ron=66.7%

V.DISCUSIÓN Lo estimado no se aproxima del todo a ser el valor real del coeficiente de viscosidad que pudimos observar buscando en internet además Observando los porcentajes de error podemos ver

file:///D:/HT-07%20Viscosidad.pdf

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