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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA CURSO BASICO LABORATORIO QUIMICA GENERAL

QMC SEM

PRÁCTICA Nº 5

VISCOSIDAD Y TENSION SUPERFICIAL 1 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.

1.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS • •

•

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

2. FUNDAMENTO TEORICO 2.1.

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 exter coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente la viscosidad absoluta d fluido, es una medida de resistencia, al deslizamiento o a sufrir deformacione 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, co viscosidad, densidad, peso específico, volumen específico, presión, e analizar las distintas propiedades que poseen los fluidos la viscosidad requ

Donde  es la viscosidad absoluta del fluido; velocidad de la esfera con respecto al fluido.

r

esa el radio de la esfera

Considerando lo anterior si se deja caer una esfera en un recipiente c fluido, debe existir una relación entre el tiempo empleado en recorre determinada distancia y la viscosidad de dicho fluido. Construyendo el diag 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:  .     a . f

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 Expresando en función de los parámetros cinemáticos nos queda: P v

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Dividiendo todo entre la masa,  6r   mgE   0  v    m   m  se puede designar dos constantes para abreviar la ecuación diferencial: A

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nos queda:

Despejamos la viscosidad sabiendo que 3

 

3mg  4 r

g 18 r

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Vesistaco psriadcatd ic aE.xperimental en el cual utilizaremos esta deducció cálculos de Viscosidad absoluta o dinámica Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos po unidad de distancia, cuando el espacio que los separa esta lleno con un f uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su propio plan respecto al otro también denominado viscosidad dinámica; coeficien viscosidad La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el segundo (Pa.s) o también newton segundo por metro cuadrado (N.s/m 2), kilogramo por metro segundo (kg/ms): Esta unidad se conoce también nombre de poiseuille(Pl) en Francia, pero debe tenerse en cuenta que no misma que el poise (P) descrita a continuación: El poise es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y dcu imaednrasdion. eEs l sdueb mdiúnl ati psloeg eul ncdeon tipori sce (nctPím), 2 c u a d p o i serasd, oe so l ad uen gidradm mosá sp ourt iliczeandtaím peat rao ex la viscosidad dinámica dado que la mayoría de los fluidos poseen viscosidad. La relación entre el pascal segundo y el centipoise es: 1Pa.s = 1 N.s/m2 = 1 kg/(m.s) = 103 cP 1cP = 10-3 Pa.s

Viscosidad cinemática Euns i dl ad r adzeó nvi sdceo svidisacdo sc idnaedm áat icdae ne si deald m d a s d Edn e l s i t m a di n te( rn2 a/ c)io nL l (S Iid) la

Los aceites presentan notables diferencias en su grado de viscosid fluidez, influyendo mucho estas diferencias en algunas de sus aplicacion grado de viscosidad de los aceites tiene importancia en los aceites destin a arder y los uatcil eiz itaedso fslu cido mso a slucbieri ncdaennte sfá. cEilmn elonste priomr lai nrfilduayde elan vla i sc omseidcahda sd dee m l aosd olá mqupea r laos,

mientras que los muy viscoso o poco fluidos requieren disposiciones espe para conseguir que llegue a la llama en la unidad de tiempo suficiente can de combustible. Cuando se emplea aceites como lubricantes, la materia debe tener consistencia apropiada para impedir el contacto inmediato d superficies que frotan entre sí impidiendo con ello se desgaste; para logra conviene que la materia grasa no sea demasiado fluida ni tampoco dema viscosa. Sistemas Unidades S.I.: N.s / m2 = Kg / m.s C.G.S.: g /cm.s = Poise S.B.G.: slug / ft.seg S.I.I.: lb.seg / ft2 CLASIFICACIÒN DE LOS ACEITES La clasificación de los aceites atendiendo a su velocidad ,generan etiqueta de los envases una serie de siglas , acompañados por unos díg identificando el grado de viscosidad del lubricante , qué se refiere temperatura sin añadir datos alguno de sobre atrás apreciaciones o condic El índice de viscosidad representa la tendencia más o menos que se esp medida que se enfría o se calienta. Los aceites multigrado con base sintéti obtienen haciendo una mezcla de aceites de síntesis de baja graduación S de aceites mineral de altas viscosidad. La Organización de Estandarización Internacional ISO , estableció su orden para los lubricantes de aplicación industrial , o a la Sociedad de Ingeniero Automoción –Society of Automotive Engineers- (SAE) de los Estados Un creo su escala de denominación para definir rangos de viscosidad lubricantes de automóviles Clasificación SAE: La Sociedad de Ingenieros de Automotores de EE.UU.(SAE) clasificó a los ace según su viscosidad adoptando como temperatura de referencia 100 grado centígrado y manteniendo la viscosidad en centistoke (cst). Se dividió el ra total de viscosidades de los aceites en grupos arbitrarios designados por siguientes números: 20, 30, 40 y 50, originalmente existió un grado 60 que lu fue suprimido. Esta clasificación no tuvo en cuenta que un aceite SAE 20 en condiciones baja temperatura aumentaba considerablemente su viscosidad no siendo apto para una operación correcta en climas fríos. Surgen así los aceites tipo W

60000 a 60000 a 60000 a 60000 a 60000 a 60000 a

–40 –35 –25 –25 –20 –15

en cSt @ 100ºC Min. Max. 3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 -

-

0W 5W 10W 15W 20W 25W

3250 a -30 3500 a –25 3500 a –20 3500 a –15 4500 a –10 6000 a –5

20

-

30

-

40

-

40

-

-

50

-

-

3,

60

-

-

3,

5,6 menor que 9,3 2, 9,3 m1e2n,o5r que 12,5 menor que 16,3 12,5 menor que 16,3 16,3 menor qu 2, 2,9 3,7

Nota: 1 cP = 1 mPa x s; 1cSt = 1 mm2/s (*) Los Grados 0w/40, 5w/40, 10w/40 (**) Los Grados 15w/40, 20w/40, 25w/40, 40

Aceites multigrado Con el uso de aditivos mejoradores de índice de viscosidad y partiendo de bases refinadas es posible formular aceites cuya viscosidad a altas y bajas temperaturas le permiten cumplir con los requerimientos del servicio. De e manera se obtienen aceites de características SAE 30 a 100 ºc y SAE 10W a 20ºc, son los denominados “multigrado” generalmente designados SAE 10W30 o similares.

Las ventajas de usar aceites multigrados son:  Facilidad de arranque en frío.  Rápida entrada en régimen térmico del motor.  Ahorro de baterías y sistemas de arranque.  Adecuada viscosidad en todo el rango de temperatura. Clasificación de viscosidad ISO para industriales aceites lubricantes A lo largo del tiempo se ha adoptado diferentes siglas (ASTM, DIN, etc. )

Límites de Viscosidad Cinemática en cSt @ 40 ºC

ISO VG 2 ISO VG 3 ISO VG 5 ISO VG 7 ISO VG 10

2,2 3,2 4,6 6,8 10,0

ISO VG 2125

212125 25,0 32,0 46,0 68,0 100,0 150,0 220,0 320,0 460,0 680,0 1.000,0 1.500,0

ISO VG 32 ISO VG 46 ISO VG 68 ISO VG 100 ISO VG 150 ISO VG 220 ISO VG 320 ISO VG 460 ISO VG 680 ISO VG 1.000 ISO VG 1.500

Mínima 1.98 2,88 4,14 6,12 9,00

Máxima 2,42 3,52 5,03 7,48 11,00

193,850

2146,25 0 35,20 0,60 74,80 110,00 165,00 242,00 352,00 506,00 748,00 1100,00 1650,00

28,80 41,40 61,20 90,00 135,00 198,00 288,00 414,00 612,00 900,00 1.350,00

Nota: La clasificación ISO corresponde a la norma COVENIN 1121 Este esfuerzo conjunto permitió el nacimiento de la clasificación ISO para Ace Lubricantes Industriales, con las siguientes características: Posee 18 grados de viscosidad entre 2 y1500 centistokes (cst) a 40 ºc, cubr totalidad del rango de viscosidad, desde los aceites más livianos a los mas pe Cada grupo se designa el número a su viscosidad cinemática media. Cada grupo representa un intervalo de viscosidad generado apartar de su visc cinemática media +/- 10% de este valor. Cada viscosidad cinemática media es aproximadamente 50% mayor a la correspondiente al grado anterior.

Sistema de clasificación API Motores a gasolina Algunas designaciones son: SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG SH. El primero usado para motores a gasolina y Diesel.

Clasificación API (Instituto de Petróleo Americano) de calidad de los aceites para motor Descripción de los fabricantes de equipos y Clasificación espemcilfiticaarceisones Servicio relacionadas mineral puro API Gasolina de servicio Aceite API Aceite inhibidoprevio (1930) Garantía de servicio para motores a gasolina (1964- 1967) Garantía de SA ML MSservicio para (1968)motores aMM SB gasolina (19681971) Garantía de servicio para motores a MS (1964) SC

SD

SE

gasolina (19721980)/MIL-L46152 y MIL- L46152A Garantía de servicio para motores a gasolina (1980- 1988)/MIL46152B Garantía de servicio para motores a gasolina (1989- 1992)/ MILSF 46152D Garantía de servicio para motores a gasolina (199319996) Garantía de servicio para motores a gasolina (1996- 2000) SG Garantía de servicio para motores a gasolina (2001)

SH

SJ

SL

Viscosímetro de tubo capilar Consiste en 2 recipientes conectados por un tubo largo de diámetro peq conocido como tubo capilar. Conforme al fluido fluye a través del tubo co velocidad ctte. el sistema pierde energía, ocasionando una caída de presió magnitud de la caída de presión está relacionada con la viscosidad del mediante la siguiente ecuación:  

D

4

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12 8LQ

El viscosímetro Saybolt: La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro peque una indicación de su viscosidad , este es el principio por el cual está basa viscosímetro universal. La muestra del fluido se coloca en el aparato después de que se estable flujo se mide el tiempo requerido para colectar 60 ml. de fluido. El t resultante se reparta como la velocidad del fluido en segundos universal Saybolt. La expresión aproximada entre viscosidad y segundos Saybolt e  



1.80 0.00 2 t  t

se expresa en stokes y t en segundos.

Viscosímetro de Oswald- Cannon-Fenske: En esencial el viscosímetro es un tubo “U” una de sus ramas es un tubo capila

conectado a un deposito superior. El tubo se mantiene en posición vertica coloca una cantidad conocida del fluido él depósito para que luego fluy gravedad a través de un capilar. Los procedimientos exactos para llevar a estas pruebas estándar dado en los estándar de la American Societ Testing and Materials.

Si la velocidad de rotación es N rpm radio es r 2 , la velocidad del fluido en la superficie del cilindro externo dada por 2r 2N/60. Con una separación entre c ilindro y cilindro du dy



2r2 N 60b

La ecuación se basa en b...