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PIA FISICA 2...

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FIME

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

SEMESTRE ENERO – JUNIO 2019

FÍSICA II DENSÍMETRO

DOCENTE: M. A. Rogelio G. Garza Rivera

PRODUCTO INTEGRADOR DE APRENDIZAJE (PIA) ACTIVIDAD FUNDAMENTAL 7.1 (actividad 3.6 del manual)

Alumno: Christian Jacinto Alvarado

IAE

1726973

Horario: lunes, miércoles, viernes N1 Salón: 2201

Grupo: 005

PEDRO DE ALBA S/N, NIÑOS HÉROES, CIUDAD UNIVERSITARIA, SAN NICOLÁS DE LOS GARZA, N.L. FECHA DE ENTREGA: 05 DE JUNIO DEL 2019

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El estudiante generará un densímetro con una escala adaptable para otras sustancias y demostrar su funcionamiento en el aula, utilizando para ello materiales que pueda encontrar en casa y de las cuales conozca o pueda calcular su densidad. 

El estudiante generara un reporte sobre el funcionamiento y calibración del densímetro fabricado

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Proyecto individual

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Reporte individual

INTRODUCCIÓN El densímetro construido individualmente por mí, fue hecho de manera casera con una pequeña masa de plastilina ordinaria y un popote plástico de 34 cm de longitud, y para dos tipos de líquidos, agua dulce de grifo y agua de grifo salada. La aplicación que tiene este proyecto es la de medir líquidos con distintas densidades relativas, por medio de un sencillo dispositivo que solo se introduce dentro del líquido y a través de una métrica obtener el material que se está midiendo. La ventaja dentro de la ciencia es que con su sencillez mecánica puede demostrar fenómenos físicos como el principio de Arquímedes y comprobar la densidad relativa en distintos líquidos, y esto mismo aplica en el uso de la tecnología puesto que ahorra tiempo el saber la densidad relativa de cualquier líquido sin antes calcular su masa o conductividad y posteriormente averiguar con que material se está tratando.

MARCO TEÓRICO Un densímetro o areómetro es un instrumento de medición que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y conductividad. Normalmente, está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en uno de sus extremos para que pueda flotar en posición vertical. El término utilizado en inglés es hydrometer; sin embargo, en español, un hidrómetro es un instrumento muy diferente que sirve para medir el caudal, la velocidad o la presión de un líquido en movimiento. Se considera a Hipatia de Alejandría como su inventora. Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante, cuya frecuencia de resonancia está determinada por la masa de los materiales contenidos en un volumen conocido, de manera análoga a cómo la masa de un diapasón es determinante para el tono de su sonido de resonancia.

Modo de empleo El densímetro se introduce verticalmente y con cuidado en el líquido, y se deja en reposo hasta que flote libre y verticalmente. A continuación, se observa en la escala graduada en el vástago del densímetro su nivel de hundimiento en el líquido; esa es la lectura de la medida de densidad relativa del líquido. En 1. Densímetro . líquidos ligeros (v.g., queroseno, gasolina, alcohol,...) el densímetro se hundirá más que en líquidos más densos (como agua salada, leche,...). De hecho, es usual tener dos instrumentos distintos: uno para los líquidos en general y otro para los líquidos poco densos, que se diferencian en la disposición de las marcas de medida. El densímetro se utiliza también en enología para determinar el momento de fermentación en que se encuentra el vino. Para medir la graduación alcohólica se utiliza el alcoholímetro de Gay-Lussac, con el que se mide directamente la graduación en grados GayLussac.

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Tipos de densímetro Una de las formas más conocidas de densímetro es el lactómetro, que se usa para medir la densidad de la leche como indicador de su calidad. La densidad específica de la leche de vaca varía entre 1,027 y 1,035. Como la leche contiene otras sustancias, aparte de agua (87 %), también se puede saber la densidad de albúmina, azúcar, sal, y otras sustancias más ligeras que el agua. Para comprobar el estado de carga de una batería eléctrica se utiliza una variedad de densímetro que está constituido por una probeta de cristal, con una prolongación abierta, para introducir por ella el líquido a medir, el cual se absorbe por el vacío que crea una pera de goma situada en la parte superior de la probeta. En el interior de la misma va situada una ampolla de vidrio, cerrada y llena de aire, equilibrada con un peso a base de perdigones de plomo. La ampolla va graduada en unidades densimétricas, de 1 a 1,30. 

Lactómetro - Para medir la densidad y calidad de la leche.

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Sacarímetro - Para medir la cantidad de azúcar de una melaza.

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Salinómetro - Para medir la densidad de las sales.

2. Un densímetro automático que utiliza el método del tubo en U oscilante.

La escala Baumé se basa en asignar el valor de 0ºBé al agua destilada. Existen fórmulas de conversión de ºBé en densidades: 

Para líquidos más densos que el agua: d = 146'3/(136'3+n)

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Para líquidos menos densos que el agua: d = 146'3/(136'3-n).

Densímetro alcoholimétrico de Gay-Lussac El alcoholímetro de Gay-Lussac es un tipo específico de densímetro de flotación, con la particularidad de que está diseñado para determinar el grado de alcohol (es decir, el porcentaje en volumen de etanol sobre el volumen total) que contiene una determinada bebida de base acuosa. Este porcentaje antiguamente se indicaba en Grados Gay-Lussac, acompañando la cifra correspondiente con las letras GL, aunque actualmente es mucho más frecuente encontrar la indicación %Vol. (ambas significan exactamente lo mismo). El aparato consiste en una ampolla sellada de vidrio (o de algún plástico translúcido y resistente a los golpes), con un lastre en su parte inferior y con un mástil cilíndrico hueco dotado de una escala graduada en su parte superior. La combinación de fuerzas del lastre (más denso que el líquido a medir) y del aire que contiene la ampolla (más ligero), hacen que el dispositivo pueda flotar semisumergido en posición vertical para un determinado rango de densidades del líquido a analizar. Normalmente, la escala se tara con los dos líquidos cuyos porcentajes de mezcla se desea conocer: 

Agua destilada, que marca el grado 0% en la escala graduada (el 0% es alcohol)

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Etanol puro, que marca el grado 100% en la escala (el 100% es alcohol)

Entre estas dos marcas de flotación, la escala se divide en una graduación de 100 partes iguales. Dado que la densidad del etanol (0,789 kg/dm3) es sensiblemente menor que la del agua (1 kg/dm3), el densímetro flotará en una posición más baja a medida que aumente la concentración de alcohol.

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Es importante la temperatura a la que se efectúa el tarado (normalmente, 15°C), que debe estar indicada en el aparato. Temperaturas de medición muy distintas a la de referencia pueden alterar significativamente los resultados obtenidos (aunque existen unas tablas que permiten ajustar los resultados si se conoce la temperatura a la que se ha hecho la medición). Así mismo debe considerarse que altas concentraciones de otras sustancias disueltas en el líquido objeto de análisis pueden alterar significativamente su densidad (normalmente incrementando la densidad del sustrato acuoso), alterando también el resultado de los ensayos realizados.

Uso comercial Puesto que el valor comercial de muchos líquidos, como soluciones azucaradas, ácido sulfúrico, alcohol, y vino, dependen directamente de su densidad específica, los densímetros se usan como una primera comprobación de que el producto al menos no incumple el contenido teórico que anuncia de una determinada sustancia (por ejemplo, el porcentaje volumétrico de alcohol). La obtención de una lectura que no se corresponde con el valor teórico anunciado, señala automáticamente algún problema en el producto analizado. Sin embargo, la obtención de una lectura correcta no presupone que el producto no pudiera tener algún otro tipo de alteración de la densidad de sus componentes que permita obtener la citada lectura correcta.

3. Densímetro (tipo Gay-Lussac) utilizado para comprobar el grado alcohólico durante el proceso de fermentación del vino, flotando en una probeta graduada.

DESARROLLO De todos es conocido que la densidad de un cuerpo es la relación entre su masa y su volumen. Podemos encontrar en los libros el valor de la densidad de algunas sustancias puras (densidad agua = 1 g/cm3, densidad alcohol = 0,8 g/cm3, etc.) ya que es una constante característica de cada material. Pero si nos planteamos el problema de conocer la densidad de muchas sustancias que manejamos en casa (aceite, leche, colonia, etc.), sus valores no están tabulados porque son mezclas; tendríamos que medir la masa y el volumen de una muestra y efectuar la división masa/volumen. En este experimento presentamos un sencillo instrumento, construido con una pajita y que nos permitirá apreciar el valor de la densidad de un líquido cualquiera simplemente con introducirlo en su interior, evitándonos el proceso de tener que medir masas y volúmenes. Los materiales utilizados para hacer mi densímetro casero fueron una pequeña masa desconocida de plastilina ordinaria, un popote plástico de 34cm de longitud y como líquidos de prueba agua dulce de grifo y agua dulce de grifo con sal de mesa, elegí estos porque son materiales muy fáciles conseguir y completamente funcionales para la demostración.

de

De izquierda a derecha; el densímetro casero realizado y los dos líquidos de prueba, agua dulce y agua salada.

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En las imágenes de arriba vemos las mediciones y la cantidad de volumen sumergido en cada uno de los líquidos, en la última imagen de la derecha vemos las líneas que marcan cuanto volumen se sumergió. En este caso la línea superior representa el agua dulce y la inferior el agua salada.

RESULTADOS (Discutir sobre las diferencias de lo que esperaba y sus resultados y explicar por qué son diferentes)

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FIME CONCLUSIONES

(Incluya sus conclusiones acerca de los resultados y sobre el aprendizaje adquirido en el desarrollo de este experimento) En este experimento estamos aplicando el principio de Arquímedes: "todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado". Cuando introducimos la pajita en el líquido actúan sobre ella dos fuerzas, su peso hacia abajo y el empuje del líquido hacia arriba. El cuerpo flotará o se hundirá en función de la fuerza resultante de las dos anteriores. El peso de la pajita siempre será el mismo pero el empuje no. Un líquido más denso que el agua hace que el empuje sea mayor y veremos la marca por encima de su superficie (agua salada), por el contrario, si es menos denso, el empuje es menor y veremos la marca por debajo de la superficie.

REFERENCIAS Bibliografía ISO 387:1977 Hydrometers - Principles of construction and adjustment ISO 649-1:1981 Laboratory glassware -- Density hydrometers for general purposes -- Part 1: Specification ISO 649-2:1981 Laboratorio glassware -- Density hydrometers for general purposes -- Part 2: Test methods and use. ISO 4801:1979 Glass alcoholometers and alcohol hydrometers not incorporating a thermometer. OIML R 22 Edition 1975 (E) International alcoholometric tables. OIML R 44 Edition 1985 (E) Alcoholometers and alcohol hydrometers and thermometers for use in alcoholometry. OIML R 86 Edition 1989 (E) Drum meters for alcohol and their supplementary devices. Spieweck F., Bettin H. Review: Solid and liquid density determination. Technisches Messen, 1992, 59 (6), 237-244. Spieweck F., Bettin H. Review: Solid and liquid density determination. Technisches Messen, 1992, 59 (7/8), 285-292. Gupta S. Practical Density Measurement and Hydrometry. Institute of Physics Publishing. 2002. Notas al pie

1. Alic, Margaret. El legado de Hipatia: historia de las mujeres en la ciencia desde la antigüedad hasta fines del siglo XIX p.61.

2. Krüss Optronic http://www.kruess.com/documents/BR_Dichtemessgeraete_ES_1.3.pdf "Densímetro DS7800", Version 1.3, Hamburgo, 2013

3. República del Ecuador. «NTE INEN 0340 (1994) : Bebidas alcohólicas. Determinación del grado alcohólico». Archivado desde el original el 13 de agosto de 2013. Consultado el 24 de julio de 2016....