Calibración del Picnómetro o de la Botella Volumétrica PDF

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calibración del picnómetro o botella volumétrica realizada en laboratorio...

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CALIBRACION DEL PICNOMETRO O BOTELLA VOLUMETRICA (ASTM D854) 1. INTRODUCCION El picnómetro o llamado también fiola es un recipiente que se utiliza para determinar las densidades o pesos específicos de diferentes materiales ya sean “sólidos o líquidos” que existen en la naturaleza, el instrumento mencionado debe ser calibrado con la ayuda del agua del cual posteriormente se determinará el peso exacto de dicho elemento en función del volumen que ocupe esto para encontrar el peso en temperaturas distintas, esta calibración se obtiene realizando varias repeticiones y encontrando gráficas peso (W) versus temperaturas (T). Una vez calibrada el instrumento “botella volumétrica” es aplicable para hallar distintas mediciones combinando agua con alguna muestra. El picnómetro es un recipiente de vidrio aforado, se denomina así por tener una marca de graduación en relación al cuello estrecho, y termina en la parte superior en un tubo lago recto con graduaciones de tal manera que se puede medir volúmenes con gran precisión. PICNOMETROS

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2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General:  Es el de calibrar el picnómetro o botella volumétrica de volúmenes 250 ml. y 500 ml. esto con el propósito de determinar los pesos específicos de suelos con muestras, de partículas que se atraen como cohesivas y muestras de partículas sueltas como las no cohesivas. 2.2. Objetivos Específicos: 

Hacer que el recipiente este limpio y seco.



Hacer que el fluido “agua” entre en ebullición cuyo recipiente a utilizar lógicamente es el picnómetro, esto para sacar las burbujas que se pegan en las paredes del recipiente.



Determinar el peso agua y botella volumétrica mediante una balanza con precisión de + 0.1 mg. para diferentes temperaturas, que sean en los límites de 15 ºC a 40 ºC, realizando de 4 a 5 repeticiones.



Graficar la curva de calibración con

peso (W) en el eje de las ordenadas y

temperatura (T) en el eje de las abscisas, la misma se obtendrá con los datos obtenidos en el anterior objetivo indicado. 3. REALIZACION Y EQUIPO 3.1. Equipo utilizado:  Picnómetro o botella volumétrica de 250 ml. y 500 ml.- Es un recipiente que en su parte inferior tiene como una forma de una bola y la parte superior es un tubo alargado graduado, este picnómetro es de vidrio aforado con una boquilla esmerilada, pues con este material se puede obtener el volumen de algún fluido y lo más importante determinar las densidades o peso específico de diferentes fluidos tanto como sólidos y líquidos.

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 Toalla.- Este material se utilizó para secar la botella volumétrica, como se ve en la imagen también fue usado de base para que la botella no se raje debido al cambio brusco de temperatura. Los guantes fueron muy importantes en esta práctica, nos sirvió para poder agarrar la botella a temperaturas altas. Toalla que se utilizó en el ensayo

 Pipeta.- Es un material hecho de vidrio, tiene la forma de tubo delgado terminando en una de sus puntas en forma cónica, la que se utilizó fue pipeta graduada. Pues nos sirve para transportar agua de un recipiente a otro pero en pequeñas cantidades.

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Pipeta graduada

 Termómetro.- Sirve para medir temperaturas, en la lo utilizamos para medir la temperatura ambiente y las temperaturas en los picnómetros, tiene una graduación de 0 a 100 ºC.

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 Hornilla eléctrica.- Es la que convierte la electricidad en calor mide 11cm de altura y 24 cm de diámetro tiene 3 patas, la calor se produce a través de un alambre delgado conectado al cable, formando laberintos en un material parecido al de ladrillo que esta canalado.

 Balanza.-Se usa para medir pesos de algún material que se requiera conocer, la balanza que se utilizo tiene una sensibilidad de aproximación de 0.1 gr. y una capacidad mínima de 150 gr., tiene un disco de acero inoxidable.

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 Agua del grifo.- se utilizó agua natural sacada del grifo con la cual se calibro el picnómetro y se utilizó para realizar baños de agua maría.  Embudo.- Esta hecho de material de vidrio, nos sirvió para colocar con más comodidad el agua al recipiente de 250 ml. y 500 ml. Enbudo de vidrio

 Vaso de vidrio.- Parecido a una jarra con capacidad de 600 cm3 es de material de vidrio.

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3.2. Procedimiento: Para el procedimiento de este ensayo se siguieron los siguientes pasos: 1) Primeramente se vio si la botella volumétrica estaba limpia y seca. 2) Seguidamente se empiezo con el ensayo en cuestión, teniendo botellas volumétricas de 250 ml. y 500 ml. se empezó a pesar dichos picnómetros o botellas volumétricas sin agua. 3) Luego con el agua se lo llenó aproximadamente a 2/3 de la botella volumétrica esto para cada picnómetro. La temperatura ambiente fue de 21 °C. 4) Seguidamente se colocaron los dos recipientes a una hornilla eléctrica también llamada estufa, esto obviamente con el líquido. 5) Se esperó aproximadamente de 10 a 15 minutos para que el agua alcance el punto de ebullición. 6) Para una rápida salida de los aires pegadas en las paredes se meneo varias veces con la mano el picnómetro, en este proceso se utilizó un trapo y guantes. 7) Se dejó enfriar un poco el picnómetro con el fin de no rajar el recipiente, enfriándolo más con baños de agua o baños maría. 8) Seguidamente se enrazó hasta el menisco con agua al tiempo del grifo para luego pesar el “Wpic. + WH2O” y medir su respectiva temperatura. 9) se volvió a enrazar al menisco se pesó y se midió nuevamente su temperatura, este procedimiento fue repetitivo hasta 5 lecturas para el de 250 ml. y 4 lecturas también para el de 500 ml. En la parte de los cálculos se utilizaron 2 métodos teóricos para graficar la curva W en función de T, determinando así el peso. Cabe aclarar que se enrazo hasta el menisco con la ayuda de la pipeta, y es recomendable realizar los baños marías por debajo de los 30 °C para ayudarnos a enfriar rápidamente. Y de esa manera se pudo lograr la calibración de la botella volumétrica.

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4. DATOS Y CALCULOS -

Tabla de densidad del agua para diferentes temperaturas:

4.1. Tabulación de datos: - Datos para la botella volumétrica de 250 ml. Peso del picnómetro vacío (gr)

148,84

Temperatura ambiente (°C)

21

Volumen del picnómetro (cc)

250

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-

Datos para la botella volumétrica de 500 ml. Peso del picnómetro vacío (gr)

166,25

Temperatura ambiente (°C)

21

Volumen del picnómetro (cc)

500

4.2. Resultados y planilla de resumen:

PRIMER METODO (250 ml.)

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Resultados obtenidos en Excel: El peso del picnómetro es 148.84 gr. Wpic

Vpic

Temperatura

DT

Ƴ agua

Ƴ aire

W ἐ

(gr)

(ml)

(ºC)

(ºC)

(gr/cc)

(gr/cc)

(gr)

148,84

250

40

19

0,9922

0,0012

0,000018

396,675

148,84

250

34

13

0,9941

0,0012

0,000018

397,123

148,84

250

28

7

0,9960

0,0012

0,000018

397,571

148,84

250

23

2

0,9976

0,0012

0,000018

397,949

SEGUNDO METODO (250 ml.)

Wpic

Vpic

Temperatura Ƴagua

(gr)

(gr/cc)

(ºC)

(gr/cc)

(gr)

148,84

250

40

0,9922

396,890

148,84

250

34

0,9941

397,365

148,84

250

28

0,9960

397,840

148,84

250

23

0,9976

398,24

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W

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PRIMER MÉTODO (500 ml.) Resultados obtenidos en Excel: El peso del picnómetro es 166.25 gr. Wpic

Vpic

Temperatura

DT

Ƴagua

W

Ƴaire ἐ

(gr)

(gr/cc)

(gr)

(ºC)

(gr/cc)

(gr/cc)

166,25

500

44

23

0,9906

0,0012

(gr) 0,0000 661,155 18

166,25

500

38

17

0,9930

0,0012

0,0000 662,302 18

166,25

500

33

12

0,9948

0,0012

0,0000 663,157 18

SEGUNDO MÉTODO (500 ml.) Wpic

Vpic

Temperatura

Ƴagua

W

(gr)

(gr/cc)

(ºC)

(gr/cc)

(gr)

166,25

500

44

0,9906

661,55

166,25

500

38

0,9930

662,75

166,25

500

33

0,9948

663,65

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4.3. Gráficos y diagramas:

W vs. T (GRAFICA SIN CORREGIR) 250 ml. 398,8 398,6 398,4 398,2 398 397,8 397,6

397,4 397,2 397 20

25

30

PRIMER MÉTODO

35

W vs. T

40

45

(250 ml.)

398 397,8 397,6 397,4 397,2 397 396,8 396,6 20

25

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SEGUNDO MÉTODO

W vs. T

(250 ml.)

398,4 398,2 398 397,8 397,6 397,4 397,2 397 396,8 20

25

30

35

40

45

W vs. T (GRAFICA SIN CORREGIR) 500 ml. 668 667,5 667 666,5 666 665,5 665 664,5 30

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PRIMER MÉTODO

W vs. T

(500ml.)

663,5

663

662,5

662

661,5

661 30

35

40

45

SEGUNDO MÉTODO (500ml.) 664 663,5 663 662,5 662 661,5 661 30

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4.4. Fórmulas y cálculos típicos: -Cálculos para 250 ml. PRIMER MÉTODO (250ml.) W = Wpic + Vpic (1 + ΔT ε) x (γw − γα )

Donde: Wpic= Peso del picnómetro seco, limpio y vacío. Vpic= Volumen del picnómetro. ΔT= Variación de temperaturas (temperatura de ensayo – temperatura ambiente). ε= Coeficiente de expansión térmica del vidrio (1.8x10-5). γw = Densidad del agua (para diferentes temperaturas). γα= Densidad del aire (0.0012gr/cc). W1 =148.84 gr + 250 gr/cc (1+ (40°C – 21°C) *1.8*10-5) * (0.9922 gr/cc - 0.0012 gr/cc) W1 = 396,675 gr.

W2 =148.84 gr + 250 gr/cc (1+ (35°C – 21°C) *1.8*10-5) * (0.9941 gr/cc – 0.0012 gr/cc) W3 = 397,123 gr.

W3 =148,84 gr + 250 gr/cc (1+ (29°C – 21°C) *1.8*10-5) * (0.9960 gr/cc - 0.0012 gr/cc)

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W3 = 397,571 gr.

W4 =148.84 gr + 250 gr/cc (1+ (23°C – 21°C) *1.8*10-5) * (0.9976 gr/cc - 0.0012 gr/cc) W4 = 397,949 gr.

Segundo Método (250ml.) W = (VH2O x γH2O ) + WPIC

Donde: VH2O = Volumen del agua a 4°C γH2O = Peso específico para diferentes temperaturas de ensayo. WPIC = Peso del picnómetro seco, limpio y vacio. W1 = (250 cc x 0.9922 gr/cc) + 148,84 gr W1 = 396,890 gr.

W2 = (250 cc x 0.9941 gr/cc) + 148,84 gr W2 = 397,365 gr.

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W3 = (250 cc x 0.9960 gr/cc) + 148,84 gr W3 = 397,840 gr.

W4 = (250 cc x 0.9976 gr/cc) + 148,84 gr W4 = 398,24 gr.

-Cálculos para 500 ml. Primer Método (500ml.) W = Wpic + Vpic (1 + ΔT ε) x (γw − γα )

Donde: Wpic= Peso del picnómetro seco, limpio y vacío. Vpic= Volumen del picnómetro. ΔT= Variación de temperaturas (temperatura de ensayo – temperatura ambiente). ε= Coeficiente de expansión térmica del vidrio (1.8x10-5). γw = Densidad del agua (para diferentes temperaturas). γα= Densidad del aire (0.0012gr/cc). W1 =166,25 gr + 500 gr/cc (1+ (44°C – 21°C) *1.8*10-5) * (0.9906 gr/cc - 0.0012 gr/cc) W1 = 661,155 gr.

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W2 =166,25 gr + 500 gr/cc (1+ (38°C – 21°C) *1.8*10-5) * (0.9930 gr/cc - 0.0012 gr/cc) W2 = 662,302 gr.

W3 =166,25 gr + 500 gr/cc (1+ (33°C – 21°C) *1.8*10-5) * (0.9948 gr/cc - 0.0012 gr/cc) W3 = 663,157 gr.

Segundo Método (500ml.) W = (VH2O x γH2O ) + WPIC Donde: VH2O = Volumen del agua a 4°C γH2O = Peso específico para diferentes temperaturas de ensayo. WPIC = Peso del picnómetro seco, limpio y vacío. W1 = (500 cc x 0.9906 gr/cc) + 166.25 gr W1 = 661,55 gr.

W2 = (500 cc x 0.9930 gr/cc) + 166.25 gr W2 = 662,75 gr.

W3 = (500 cc x 0.9948 gr/cc) + 166.25 gr W3 = 663,65 gr.

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6. CONCLUSION Y DISCUSION DEL TRABAJO 6.1. Conclusión: En la presente práctica realizada pudimos sacar las siguientes conclusiones: 

Se vio en la práctica, que al someter a baño maría el picnómetro más el agua, el volumen va disminuyendo.



Gracias a las gráficas pudimos obtener pesos del agua en nuestro caso para diferentes temperaturas.



La gráfica que nos salió en cada método no varía mucho tanto para el picnómetro de 250 y 500 ml.



Se pudo obtener los valores para el peso del picnómetro calibrado para poder determinar el peso específico de suelos cohesivos y no cohesivos de la siguiente práctica.



Una vez dibujadas las curvas se vio la diferencia de los cálculos obtenidos y los métodos de calibración analíticamente, ya que las curvas calculadas analíticamente son más rectas que obtenidas en práctica, o tienden a ser una línea pero curvada muy poco.

6.2. Discusión del trabajo: Cabe mencionar que los materiales se debe tener a disposición por ejemplo en nuestro ensayo nos faltó los guantes para mano, en su lugar se utilizó toalla que era incómodo para el manejo del picnómetro cuando estaba a temperaturas altas. No se utilizó el agua destilada como se indicó, para unos mejores resultados y buena calibración, posiblemente este poder la razón para que en la siguiente práctica el peso específico nos salga valores que no estén en el rango. 7. REFERENCIAS 

Mecánica de suelos I

Ing. German Lizarazu



https // Wikipedia la enciclopedia libre



Guía de laboratorio de suelos



Manual de laboratorio de mecánica de suelos PAG. 19/19

El picnómetro Ing. Percy Oscar Gutiérrez Javier Ramos...