practica n° 2 - viscosidad por metodo stokes

PRACTICA N 2VISCOSIDAD POR EL MTODO DE STOKES

1. INTRODUCCIN.

La densidad es una medida utilizada por la fsica y la qumica para determinar la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, mientras que la viscosidad es la propiedad ms importante de los fluidos, puesto que es la resistencia que ejercen los mismos cuando se les aplica un esfuerzo cortante.

Al inicio de la prctica se realizar el estudio de la densidad y viscosidad mediante la Ley de Stokes, que se refiere a la fuerza de friccin experimentada por objetos esfricos movindose en el seno de unfluido viscosoen un rgimenlaminarde bajosnmeros de Reynolds. Posteriormente se realizar el mismo estudio de densidad y viscosidad, con diferentes tipos de fluidos controlando los dimetros, masa, y midiendo el tiempo de inmersin hasta tocar el fondo, a diferentes alturas.

Para lograr los objetivos finales de la prctica se realizarn comparaciones entre ambos mtodos de medicin de viscosidades, logrando verificar la diferencia entre las dos experiencias.

2. FUNDAMENTO TERICO.NATURALEZA DE LOS FLUIDOS"Un fluido se puede definir como una sustancia que no resiste permanentemente a la distorsin". Al intentar variar la forma de una masa de fluido se produce un deslizamiento de unas capas sobre otras hasta que se alcanza una nueva forma. Para producir ese deslizamiento es necesario aplicar una "Fuerza de Corte o Fuerza de cizalla", la cual, referida a la unidad de superficie, recibe el nombre de "Tensin de Corte o Esfuerzo cortante",. Cuando se alcanza la forma final desaparecen los esfuerzos cortantes. La fuerza de corte, o la tensin de corte, necesaria para producir el deslizamiento, depende de lamayor o menor atraccin entre las capas fluidas y de la velocidad de deslizamiento.VISCOSIDAD.Volviendo a los fluidos newtonianos, (la mayora), se ha definido en ellosla viscosidadcomo la relacin existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Sus dimensiones sern:

Esta viscosidad recibe el nombre deviscosidad absoluta o dinmica. Su unidad en el sistema C.G.S. es elPoise. 1 Poise = 1 P = 1 g. cm-1.s-1. Esta unidad es muy grande en muchos casos, y se utiliza el centipoise,cP, que es aproximadamente la viscosidad del agua. En el S.I., la unidad de viscosidad es kg/(m.s) = 10 P = 1 daP.Se emplea otra viscosidad, denominadaviscosidad cinemtica, y se representa por, de modo que.Sus dimensiones son:En el C.G.S., la unidad de esta viscosidad es elStoke,St, 1 St = 1 cm2/s. Anlogamente se utiliza el centistoke, 1 cSt = 10-2St. En el S.I., la unidad es m2/ s = 104St.La viscosidad cinemtica vara en un intervalo menos amplio que la viscosidad absoluta.La viscosidad de los fluidos es la responsable de la disipacin de energa en forma de calor en el flujo de los mismos. Son dos las causas que originan esa viscosidad: 1) las fuerzas de cohesin existentes entre las molculas, y 2) el intercambio de cantidad de movimiento debido a la transferencia de molculas de unos puntos a otros dentro de la vena fluida.De acuerdo con estos dos factores, pueden explicarse las variaciones de la viscosidad con la temperatura y la presin, para los lquidos y los gases.En los lquidos, la viscosidad es sensible a la temperatura y disminuye al aumentar sta. Eso se debe a que predomina la disminucin de la causa 1) sobre el aumento de la 2). As, por ejemplo, la viscosidad del agua a 0 C es 1,75 cP y a 100 C es de 0,28 cP.En cuanto al efecto de la presin, la viscosidad de los lquidos aumenta muy ligeramente con ella, siendo el agua una excepcin, pues en ella la viscosidad primero disminuye y luego aumenta con la presin.FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS.El hecho de que en cada punto de un fluido en movimiento exista un esfuerzo cortante y un gradiente de velocidad, sugiere que estas magnitudes pueden relacionarse. LaReologaes la rama de la ciencia que estudia esta dependencia.La figura siguiente representa diversos aspectos del comportamiento reolgico de fluidos, a temperatura y presin constantes.

Fig. 3.4. Tensin de corte frente a gradiente de velocidad para fluidos Newtonianos |y no NewtonianosEl comportamiento ms sencillo corresponde a la lnea A :Fluidos Newtonianos. Lo presentan los gases y la mayor parte de lquidos y disoluciones. Las restantes curvas corresponden aFluidos no Newtonianos. En los newtonianos, la constante de proporcionalidad recibe el nombre de Viscosidad, de modo que:,(Ley de Newton del transporte de cantidad de movimiento). En los restantes, no tiene sentido hablar de viscosidad, aunque para ellos se define una viscosidad aparente.LEY DE STOKES.De acuerdo a los resultados obtenidos por Stokes para un cuerpo esfrico que desciende por un fluido, para tiempos suficientemente grandes, el cuerpo describe un movimiento rectilneo uniforme con velocidad igual a la velocidad terminal vT que depende de la densidad y radio del cuerpo esfrico, de la densidad y viscosidad del fluido y de la aceleracin de la gravedad, a saber:

Si se tiene la capacidad de determinar independientemente la velocidad terminal, es posible utilizar esta relacin para determinar experimentalmente la viscosidad del fluido:

Es importante sealar que en la obtencin de esta expresin se asume implcitamente la ausencia de paredes cercanas a la trayectoria del cuerpo en cada, de aqu que seria interesante observar el efecto de la presencia de las paredes del recipiente, haciendo uso de balines de diferentes tamaos.

CHAMP.Elchamp es un producto que se utiliza para la limpieza y cuidado delcabello. El objetivo de utilizar el champ es eliminar la acumulacin no deseada de sebo para hacer el pelo manejable.GLICEROL.Elpropanotriol,glicerologlicerina(C3H8O3)(del griegoglykos, dulce) es unalcoholcon tres gruposhidroxilos(OH). Se trata de uno de los principales productos de la degradacindigestivade loslpidos, paso previo para elciclo de Krebsy tambin aparece como un producto intermedio de lafermentacinalcohlica. Adems junto con loscidos grasos, es uno de los componentes delpidoscomo lostriglicridosy losfosfolpidos. Se presenta en forma delquidoa una temperatura ambiental de 25 C y eshigroscpicoeinodoro. Posee uncoeficiente de viscosidadalto y tiene un sabor dulce como otrospolialcoholes.ACEITE DE MOTOR.Se llamaaceite de motor, por extensin, a todoaceiteque se utiliza para lubricar losmotores de combustin interna. Su propsito principal es lubricar las partes mviles reduciendo lafriccin. Adems de lubricar el aceite tambin limpia, inhibe la corrosin yreduce la temperatura del motortransmitiendo elcalorlejos de las partes mviles para disiparlo.

3. OBJETIVOS3.1. OBJETIVO GENERAL.Determinar de forma experimental la viscosidad de un fluido utilizando el Mtodo de Stokes, y la ecuacin de FAXEM.3.2. OBJETIVOS ESPECFICOS. Determinar la viscosidad del shampoo (Ballerina). Determinar la viscosidad del aceite de motor de motocicleta. Determinar la viscosidad de la glicerina. Determinar la viscosidad del jabn lquido. Determinar la viscosidad haciendo variar la altura de cada de una esfera. Determinar la viscosidad haciendo variar el dimetro de la esfera.

4. MATERIALES Y REACTIVOS.Materiales. Probeta. Balanza. Regla. Marcador. Cronometro. Calibrador de vernier. Esferas de vidrio y metal ( 4pepas, 4perdigones) EscalimetroReactivos. Glicerina. Champ (Ballerina) Aceite de motor.

5. PROCEDIMIENTO.

Descripcin Se verti los lquidos viscosos (champ ballerina, aceite de motor y glicerina) en las probetas de 1000ml ,500ml y 100ml hasta el ras de la boca. Se fij alturas en cada probeta para la toma de datos; para la probeta de 100ml se fij una sola altura de (28.4 cm); para la probeta de 500ml y 1000ml se fijaron diferentes alturas a lo largo de la probeta (5,10,15,20,25,30cm) Se dej caer individualmente las esferas (pepas y perdigones), cronometrando el tiempo de su cada para cada altura en ambas probetas Se repiti la operacin para cada esfera en los diferentes fluidos viscosos.Para el clculo de la densidad de los lquidos Se calcul la masa individualmente de las diferentes probetas de 10ml. Se verti en cada una de ellas un lquido viscoso diferente, tomando los datos diferentes volmenes. Posteriormente se determin la masa cada probeta con el lquido correspondiente. Diferenciando el peso de la probeta con el lquido y la probeta vaca se obtiene el peso del lquido viscoso para calcular la densidad de los diferentes fluidos empleados en la prctica experimental.

6. HOJAS DE CLCULO.6.1. TABULACIN DE DATOS EXPERIMENTALES.6.1.1. DENSIDADES DE LOS LIQUIDOS.

1ra. Corrida

NLiquidoMasa ProbetaMasa TotalMasa delVolumenDensidad( r1 ) (gr/ml)

(gr)(gr)Liquido (gr)(ml)

1Glicerina36,56645,3528,7866,0001,464

2Shampoo36,89146,4559,56410,0000,956

3Aceite de motor35,57740,1764,5995,4000,852

NLiquido2da. CorridaDensidad

Masa Probeta(gr)Masa Total(gr)Masa del Liquido (gr)Volumen(ml)Densidad( r2 ) gr/mlPromedio( r ) (gr/ml)

1Glicerina36,56649,25912,69310,0001,2691,367

2Shampoo36,89142,6025,7115,0001,1421,049

3Aceite de motor35,57743,5337,9569,2000,8650,858

6.1.2. DENSIDADES DE LAS ESFERAS.GLICERINAPEPASNDimetroDimetroVolumenMasaDensidad esfera(r) (gr/cm3)

(cm)Tubo (cm)Esfera (cm3)Esfera gr)

12,4906,3408,08319,4402,405

21,5306,3401,8754,6362,472

31,0906,3400,6781,7482,578

PERDIGONES

NDimetroDimetroVolumenMasaDensidad esfera(r) (gr/cm3)

(cm)Tubo (cm)Esfera (cm3)Esfera (gr)

10,6306,3400,1311,0177,768

20,4706,3400,0540,4398,076

30,3906,3400,0310,2568,242

SHAMPOO BALLERINAPEPASNDimetroDimetroVolumenMasaDensidad esfera() (gr/cm3)

(cm)Tubo (cm)Esfera (cm3)Esfera (gr)

12,5106,3408,28019,6502,373

21,6006,3402,1454,7362,208

31,0506,3400,6061,7782,933

PERDIGONES

NDimetroDimetroVolumenMasaDensidad esfera

(cm)Tubo (cm)Esfera (cm3)Esfera (gr)() (gr/cm3)

10,8006,3400,2681,2174,540

20,6306,3400,1310,6394,881

30,5006,3400,0650,4566,967

ACEITE DE MOTOCICLETAPEPASNDiametroDiametroVolumenMasaDensidad esfera

(cm)Tubo (cm)Esfera (cm3)Esfera (gr)() (gr/cm3)

10,2006,3400,0040,25761,354

20,1006,3400,0010,129246,372

6.1.3. TABLA PARA LA VISCOSIDADES - GLICERINA.PEPASNAlturaDiametro de laDiametro delTViscosidadViscosidadVelocidad

h (cm)esfera d (cm)Tubo D (cm) 1L(s)k (poise)f (poise)Limite (cm/s)

152,496,340,8056,06716,3620,006

2102,496,340,4014,0174,0900,026

3152,496,340,6014,0174,0900,026

4202,496,340,407,0082,0450,051

5252,496,340,507,0082,0450,051

6302,496,340,404,6721,3630,077

7352,496,340,505,0061,4610,071

NAlturaDiametro de laDiametro delTViscosidadViscosidadVelocidad


151,536,340,7320,56710,7130,007

2101,536,340,669,2974,8430,015

3151,536,340,585,4472,8370,026

4201,536,340,825,7763,0080,025

5251,536,340,794,4522,3190,032

6301,536,340,803,7571,9570,038

7351,536,340,662,6561,3840,054



151,096,341,0015,66810,1650,005

2101,096,341,209,4016,0990,009

3151,096,341,206,2674,0660,013

4201,096,341,305,0923,3030,016

5251,096,341,153,6042,3380,022

6301,096,341,203,1342,0330,026

7351,096,341,302,9101,8880,027

PERDIGONES



150,636,340,4011,0668,7750,013

2100,636,340,506,9165,4840,020

3150,636,340,504,6113,6560,031

4200,636,340,503,4582,7420,041

5250,636,340,603,3202,6320,043

6300,636,340,502,3051,8280,061

7350,636,340,501,9761,5670,071



150,476,340,8012,91010,9070,006

2100,476,340,997,9886,7490,010

3150,476,340,864,6263,9080,018

4200,476,340,773,1062,6240,027

5250,476,340,792,5502,1540,032

6300,476,340,731,9631,6590,042

7350,476,340,872,0061,6940,041



150,396,341,1312,86711,2080,005

2100,396,341,307,4026,4470,008

3150,396,341,244,7074,1000,012

4200,396,341,153,2742,8520,018

5250,396,341,242,8242,4600,021

6300,396,341,332,5242,1990,023

7350,396,341,201,9521,7000,030

6.1.4. TABLA PARA LA VISCOSIDADES -SHAMPOO BALLERINAPEPASNAlturaDiametro de laDiametro delTViscosidadViscosidadVelocidad

h (cm)esfera d (cm)Tubo D (cm)(s)k (poise)f (poise)Limite (cm/s)

152,516,342,70245,22570,6040,002

262,516,343,50264,90476,2700,002

372,516,344,20272,47278,4490,002

482,516,344,80272,47278,4490,002



151,66,343,33107,58353,9730,002

261,66,346,35170,95885,7680,001

371,66,348,30191,53596,0910,001

481,66,349,30187,78594,2090,001



151,056,3412,88291,322192,5420,0004

261,056,3413,65257,281170,0440,0004

371,056,3416,40264,955175,1160,0004

481,056,3418,70264,349174,7160,0004

PERDIGONES



150,86,340,800,9350,6910,006

260,86,341,101,0710,7910,006

370,86,342,802,3371,7270,003

480,86,345,604,0903,0210,001



150,636,341,0016,55813,1300,005

260,636,342,3031,73725,1670,003

370,636,341,8021,28916,8820,004

480,636,342,4024,83819,6960,003



150,56,347,31117,76298,3420,001

260,56,348,90119,48199,7770,001

370,56,3410,15116,79697,5350,001

480,56,3410,80108,74190,8090,001

6.1.5. TABLA PARA LA VISCOSIDADES - ACEITE DE MOTOCICLETA.PEPASNAlturaDimetro de laDimetro delTViscosidadViscosidadVelocidad


190,26,340,355,1234,7840,026

240,26,341,1638,20735,6730,004

NAlturaDimetro de laDimetro delTViscosidadViscosidadVelocidad


190,16,341,4020,79320,1030,007

240,16,342,1772,51570,1090,002

7. TABLA DE RESULTADOS.VER TABLAS ADJUNTAS DE EXCEL.

8. GRAFICAS.

GLICERINA

Viscosidad Vs Altura ( Vs h)

Velocidad limite Vs Altura (V limite Vs h)

Viscosidad Stock Vs Altura ( Stock Vs h)

Viscosidad Faxem Vs Altura ( Faxem Vs h)

SHAMPOViscosidad Vs Diametro ( Vs D)

Jabn LquidoViscosidad Vs Diametro ( Vs D)

9. CONCLUSIONES.

Se determin experimentalmente la viscosidad de diferentes fluidos mediante la relacin que existe entre el tiempo empleado, radio y densidad por una esfera en recorrer una cierta distancia al ser introducida en el fluido viscoso (Ley de Stokes), se determin la viscosidad de tres fluidos ya antes mencionados haciendo uso del viscosmetro. Se observ que la coloracin de los diferentes fluidos afecta a la visualizacin de las diferentes esferas al momento del recorrido o descenso y dificulta la toma de valores lo que da un margen de error en las mediciones del tiempo de su cada, ocurriendo lo mismo en la precisin de mediciones de temperaturas del fluido. Se comprendi al observar los resultados obtenidos, que la ecuacin para la velocidad de cada de las esferas usadas se determina por una relacin entre las fuerzas que actan sobre las mismas (Fuerza de arrastre, viscosidad, densidad, masa), y es importante considerar las propiedades de cada fluido para llegar a tener los resultados deseados. Se observ que a mayor viscosidad, menor es la velocidad que tiene la esfera para desplazarse de un punto a otro dentro del fluido. Se comprendi que la temperatura es determinante al momento de obtener densidades y viscosidades en los fluidos, por lo tanto es necesario mantener una temperatura en el ambiente constante para realizar las prcticas. Es necesario conocer las caractersticas bsicas de la viscosidad y densidad de los fluidos, ya que esto es de gran importancia para realizar las experiencias con la mayor precisin posible, adems de los instrumentos con los que se trabajarn, como el viscosmetro y otros. Se analiz los resultados obtenidos del desarrollo de la prctica, donde se observa que el margen de error obtenido se debe los errores de manipulacin realizados al momento de tomar los valores de la prctica Las grficas nos permitieron observar los valores obtenidos y el margen de error cometido en la prctica, visualizndose claramente en la forma y caractersticas de las rectas. Se comprob que la viscosidad es una propiedad de los fluidos de gran importancia en mltiples procesos industriales, as como tambin en el rea de flujo de fluidos, puesto que esta propiedad proporciona la resistencia que presentar un fluido al aplicrsele un esfuerzo cortante o al ser transportado de un punto a otro.10. BIBLIOGRAFA. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/stokes/stokes.html http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/viscosidad/viscosidad.html http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema3/pagina_07.htm Maron S., Lando J, "Fisicoqumica Fundamental", 2da ed, Ed. Limusa,Mxico, 1987. Crockford H., Navell J., "ManualdeLaboratoriodeQumicaFsica", 1ra ed, Ed. Alambra,Madrid, 1961. Glasstone S. "Tratado de qumica fsica", 7ma ed, Ed. Aguilar,Espaa, 1979.

practica n° 2 - viscosidad por metodo stokes

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