PRACTICA N° 2 - Viscosidad por Metodo Stokes

PRACTICA Nº 2 VISCOSIDAD POR EL MÉTODO DE STOKES 1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN.. La densidad es una medida utilizada por la física y la química para determinar la canti cantida dad d de masa masa cont conteni enida da en un deter determin minad ado o volum volumen, en, mient mientras ras que que la viscosidad es la propiedad más importante de los fluidos, puesto que es la resistencia que ejercen los mismos cuando se les aplica un esfuerzo cortante.  Al inicio de la práctica se realizará realizará el estudio de la densidad densidad y viscosidad viscosidad mediante la Ley de Stokes, que se refiere a la fuerza de fricción experimentada por por oje ojeto tos s esf! esf!ri rico cos s movi movi!n !ndo dose se en el seno seno de un flui fluido do visc viscos oso o en un r!"imen laminar de ajos n#meros de $eynolds. %osteriormente se realizará el mismo mismo estud estudio io de dens densida idad d y visco viscosid sidad, ad, con con difer diferen entes tes tipos tipos de fluido fluidos s controlando controlando los diámetros, diámetros, masa, y midiendo el tiempo de inmersión &asta tocar  el fondo, a diferentes alturas. %ara lo"rar los ojetivos finales de la práctica se realizarán comparaciones entre amos m!todos de medición de viscosidades, lo"rando verificar la diferencia entre las dos experiencias.

2. FUNDA FUNDAMEN MENTO TO TEÓ TEÓRI RICO CO.. NATURALEZA NATURALEZA DE LOS FLUIDOS '(n fluido se puede definir como una sustancia que no resiste permanentemente a la distorsión'. Al intentar variar la forma de una masa de fluido se produce un deslizamiento de unas capas sore otras &asta que se alcanza una nueva forma. %ara producir ese deslizamiento es necesario aplicar una ')uerza de *orte o )uerza de cizalla', la cual, referida a la unidad de superficie, recie el nomre de '+e '+ensión de *orte o sfuerzo sfuerzo cortante', cortante',

. *uando *uando se alcanza alcanza la forma

final desaparecen los esfuerzos cortantes. La fuerza de corte, o la tensión de

corte, necesaria para producir el deslizamiento, depende de la mayor o menor  atracción entre las capas fluidas y de la velocidad de deslizamiento.

VISCOSIDAD. -olviendo a los fluidos netonianos, /la mayoría0, se &a definido en ellos la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el "radiente de velocidad. Sus dimensiones serán1

sta viscosidad recie el nomre de viscosidad asoluta o dinámica. Su unidad en el sistema *.2.S. es el %oise. 3 %oise 4 3 % 4 3 ". cm53.s53. sta unidad es muy muy "ran "rande de en muc& muc&os os caso casos, s, y se util utiliz iza a el cent centip ipo oise, ise, c%, c%, que que es aproximadamente la viscosidad del a"ua. n el S.6., la unidad de viscosidad es k"7/m.s0 4 38 % 4 3 da%. Se emplea otra viscosidad, denominada viscosidad cinemática, y se representa por

, de modo que

. Sus dimensiones son1

n el *.2.S., la unidad de esta viscosidad es el Stoke, St, 3 St 4 3 cm97s.  Análo"amente  Análo"amente se utiliza el centistoke, centistoke, 3 cSt 4 3859 St. n el S.6., la unidad es m9 7 s 4 38: St. La viscosidad cinemática varía en un intervalo menos amplio que la viscosidad asoluta. La viscosidad de los fluidos es la responsale de la disipación de ener"ía en forma de calor en el flujo de los mismos. Son dos las causas que ori"inan esa viscosidad1 3;0 las fuerzas de co&esión existentes entre las mol!culas, y 9;0 el intercamio de cantidad de movimiento deido a la transferencia de mol!culas de unos puntos a otros dentro de la vena fluida.
sore el aumento de la 90. Así, por ejemplo, la viscosidad del a"ua a 8 ;* es 3,=> c% y a 388 ;* es de 8,9? c%. n cuanto al efecto de la presión, la viscosidad de los líquidos aumenta muy li"eramente con ella, siendo el a"ua una excepción, pues en ella la viscosidad primero disminuye y lue"o aumenta con la presión.

FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS. l &ec&o de que en cada punto de un fluido en movimiento exista un esfuerzo cortante y un "radiente de velocidad, su"iere que estas ma"nitudes pueden relacionarse. La $eolo"ía es la rama de

la ciencia

que estudia esta

dependencia. La fi"ura si"uiente representa diversos aspectos del comportamiento reoló"ico de fluidos, a temperatura y presión constantes.

)i". @.:. +ensión de corte frente a "radiente de velocidad para fluidos etonianos By no etonianos l comportamiento más sencillo corresponde a la línea A 1 )luidos etonianos. Lo presentan los "ases y la mayor parte de líquidos y disoluciones. Las restantes curvas corresponden a )luidos no etonianos. n los netonianos, la constante de proporcionalidad recie el nomre de -iscosidad, de modo que1

, /Ley

de

eton

del

transporte

de

cantidad

de

movimiento0. n los restantes, no tiene sentido &alar de viscosidad, aunque para ellos se define una viscosidad aparente.

LEY DE STOKES.


Si se tiene la capacidad de determinar independientemente la velocidad terminal, es posile utilizar esta relación para determinar experimentalmente la viscosidad del fluido1

s importante seCalar que en la otención de esta expresión se asume implícitamente la ausencia de paredes cercanas a la trayectoria del cuerpo en caída, de aquí que seria interesante oservar el efecto de la presencia de las paredes del recipiente, &aciendo uso de alines de diferentes tamaCos.

CHAMPÚ. l c&# es un producto que se utiliza para la limpieza y cuidado del caello. l ojetivo de utilizar el c&# es eliminar la acumulación no deseada de seo para &acer el pelo manejale.

GLICEROL. l propanotriol, "licerol o "licerina /*@D?E@0 /del

"rie"o "lykos,

dulce0

es

un alco&ol con tres "rupos &idroxilos /FED0. Se trata de uno de los principales

productos de la de"radación di"estiva de los lípidos, paso previo para el ciclo de Gres y

tami!n

aparece

como

un

producto

intermedio

de

la fermentación alco&ólica. Además junto con los ácidos "rasos, es uno de los componentes de lípidos como los tri"lic!ridos  y los fosfolípidos. Se presenta en forma

de líquido a

una

temperatura

amiental

de

9>

H

*

y

es &i"roscópico e inodoro. %osee un coeficiente de viscosidad alto y tiene un saor dulce como otros polialco&oles.

ACEITE DE MOTOR. Se llama aceite de motor, por extensión, a todo aceite que se utiliza para luricar  los motores de comustión interna . Su propósito principal es luricar las partes móviles reduciendo la fricción. Además de luricar el aceite tami!n limpia, in&ie la corrosión y reduce la temperatura del motor  transmitiendo el calor  lejos de las partes móviles para disiparlo.

3. O!ETIVOS 3.1. O!ETIVO GENERAL.
3.2. O!ETIVOS ESPEC"FICOS.
#. MATERIALES Y REACTIVOS. M$%&'($)&*. • • • • • •

%roeta. Kalanza. $e"la. Iarcador. *ronometro. *alirador de vernier. sferas de vidrio y metal / :pepas, :perdi"ones0

scalimetro

R&$+%(,-*. • • •

2licerina. *&# /Kallerina0  Aceite de motor.

. PROCEDIMIENTO.

D&*+'(/+(0 •

Se vertió los líquidos viscosos /c&# allerina, aceite de motor y "licerina0 en las proetas de 3888ml ,>88ml y 388ml &asta el ras de la

•

oca. Se fijó alturas en cada proeta para la toma de datos para la proeta de 388ml se fijó una sola altura de /9?.: cm0 para la proeta de >88ml y

3888ml

se

fijaron

diferentes

alturas

a

lo

lar"o

de

/pepas

y

la

proeta

•

/>,38,3>,98,9>,@8cm0 Se dejó caer individualmente las

•

cronometrando el tiempo de su caída para cada altura en amas proetas Se repitió la operación para cada esfera en los diferentes fluidos viscosos.

esferas

perdi"ones0,

P$'$ &) +)+)- 4& )$ 4&*(4$4 4& )-* )56(4-* •

Se calculó la masa individualmente de las diferentes proetas de 38ml. Se vertió en cada una de ellas un líquido viscoso diferente, tomando los

•

datos diferentes vol#menes. %osteriormente se determinó la masa cada proeta con el líquido

•

correspondiente.
7. HO!AS DE C8LCULO. 7.1. TAULACIÓN DE DATOS E9PERIMENTALES. 7.1.1. DENSIDADES DE LOS LI:UIDOS. 1ra. Corrida N °

Liquido

1 Glierina ! "#am$oo &eite de % motor

Masa Probeta

Masa Total

(gr) 36,566 36,891

(gr) 45,352 46,455

35,577

40,176

Densida Masa del Volumen d Liquido ( r1 ) (gr) (ml) (gr/ml) 8,786 6,000 1,464 9,564 10,000 0,956 4,599

5,400

!da. Corrida N °

Liquido

1 Glierina ! "#am$oo % &eite de

Masa Probe ta (gr) 36,566 36,891 35,577

Masa Total (gr) 49,259 42,602 43,533

Masa del Liquid o (gr) 12,693 5,711 7,956

Volum en (ml) 10,000 5,000 9,200

Densid ad ( r! ) gr/ml 1,269 1,142 0,865

0,852

Densid ad Prome dio (r) (gr/ml) 1,367 1,049 0,858

motor

7.1.2. DENSIDADES DE LAS ESFERAS. GLICERINA PEPAS N Di'metr Di'metr Volume ° o o n Tubo sera (m) (m) (m%) 2,490 6,340 8,083 1 ! 1,530 6,340 1,875 1,090 6,340 0,678 %

Masa sera gr) 19,440 4,636 1,748

Densidad esera (r) (gr/m%) 2,405 2,472 2,578

PERDIGONES N°

1 ! %

Di'metro (m) 0,630 0,470 0,390

Di'metro

Volumen

Masa

Tubo (m) 6,340 6,340 6,340

sera (m%) 0,131 0,054 0,031

sera (gr) 1,017 0,439 0,256

Densidad esera (r) (gr/m%) 7,768 8,076 8,242

SHAMPOO ALLERINA PEPAS N°

1 ! %

Di'metro

(m) 2,510 1,600 1,050

Di'metro

Volumen

Masa

Tubo (m) 6,340 6,340 6,340

sera (m%) 8,280 2,145 0,606

sera (gr) 19,650 4,736 1,778

Densidad esera ( ) (gr/m%) 2,373 2,208 2,933

Masa sera (gr) 1,217 0,639 0,456

Densidad esera ( ) (gr/m%) 4,540 4,881 6,967

PERDIGONES N°

Di'metro

1 ! %

(m) 0,800 0,630 0,500

Di'metro

Volumen sera Tubo (m) (m%) 6,340 0,268 6,340 0,131 6,340 0,065

ACEITE DE MOTOCICLETA PEPAS N°

Diametro

1 !

(m) 0,200 0,100

Diametro

Volumen sera Tubo (m) (m%) 6,340 0,004 6,340 0,001

Masa sera (gr) 0,257 0,129

Densidad esera ( ) (gr/m%) 61,354 246,372

7.1.3. TALA PARA LA VISCOSIDADES ; GLICERINA. PEPAS N <ur ° a # (m) 5 1 ! 10 % 15 20 + , 25 30  35 N <ur ° a # (m) 5 1 ! 10 15 % + 20 , 25 30  35 N <ur ° a # (m) 5 1 ! 10 15 %

Diametro de la esera d (m) 2,49 2,49 2,49 2,49 2,49 2,49 2,49 Diametro de la esera d (m) 1,53 1,53 1,53 1,53 1,53 1,53 1,53 Diametro de la esera d (m) 1,09 1,09 1,09

Diametro del Tubo D (m) 1L 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 Diametro del Tubo D (m) 1L 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 Diametro del Tubo D (m) 1L 6,34 6,34 6,34

T (s) 0,80 0,40 0,60 0,40 0,50 0,40 0,50 T (s) 0,73 0,66 0,58 0,82 0,79 0,80 0,66 T (s) 1,00 1,20 1,20

Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 56,067 16,362 0,006 14,017 4,090 0,026 14,017 4,090 0,026 7,008 2,045 0,051 7,008 2,045 0,051 4,672 1,363 0,077 5,006 1,461 0,071 Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 20,567 10,713 0,007 9,297 4,843 0,015 5,447 2,837 0,026 5,776 3,008 0,025 4,452 2,319 0,032 3,757 1,957 0,038 2,656 1,384 0,054 Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 15,668 10,165 0,005 9,401 6,099 0,009 6,267 4,066 0,013

+ , 

20 25 30 35

1,09 1,09 1,09 1,09

6,34 6,34 6,34 6,34

1,30 1,15 1,20 1,30

5,092 3,604 3,134 2,910

3,303 2,338 2,033 1,888

0,016 0,022 0,026 0,027

PERDIGONES N <ur ° a # (m) 1 5 10 ! % 15 20 + , 25 30  35 N <ur ° a # (m) 1 5 10 ! % 15 20 + , 25 30  35 N <ur ° a # (m) 5 1 ! 10 15 % + 20 , 25 30  35

Diametro de la esera d (m) 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63 Diametro de la esera d (m) 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 Diametro de la esera d (m) 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39

Diametro del Tubo D (m) 1L 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 Diametro del Tubo D (m) 1L 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 Diametro del Tubo D (m) 1L 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34

T (s) 0,40 0,50 0,50 0,50 0,60 0,50 0,50 T (s) 0,80 0,99 0,86 0,77 0,79 0,73 0,87 T (s) 1,13 1,30 1,24 1,15 1,24 1,33 1,20

Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 11,066 8,775 0,013 6,916 5,484 0,020 4,611 3,656 0,031 3,458 2,742 0,041 3,320 2,632 0,043 2,305 1,828 0,061 1,976 1,567 0,071 Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 12,910 10,907 0,006 7,988 6,749 0,010 4,626 3,908 0,018 3,106 2,624 0,027 2,550 2,154 0,032 1,963 1,659 0,042 2,006 1,694 0,041 Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 12,867 11,208 0,005 7,402 6,447 0,008 4,707 4,100 0,012 3,274 2,852 0,018 2,824 2,460 0,021 2,524 2,199 0,023 1,952 1,700 0,030

7.1.#. TALA PARA LA VISCOSIDADES ;SHAMPOO ALLERINA

PEPAS N <u ° ra # (m) 1 5 6 ! % 7 + 8

Diametro de la esera d (m) 2,51 2,51 2,51 2,51

Diametro del Tubo D (m) 6,34 6,34 6,34 6,34

N <u ° ra # (m) 1 5 6 ! % 7 8 + N <u ° ra # (m) 1 5 6 ! % 7 + 8

Diametro de la esera d (m) 1,6 1,6 1,6 1,6 Diametro de la esera d (m) 1,05 1,05 1,05 1,05

Diametro del Tubo D (m) 6,34 6,34 6,34 6,34 Diametro del Tubo D (m) 6,34 6,34 6,34 6,34

T (s) 2,70 3,50 4,20 4,80

Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 245,225 70,604 0,002 264,904 76,270 0,002 272,472 78,449 0,002 272,472 78,449 0,002

T

Visosi dad * 

(s) 3,33 6,35 8,30 9,30 T

($oise) 107,583 170,958 191,535 187,785 Visosi dad * 

(s) 12,88 13,65 16,40 18,70

($oise) 291,322 257,281 264,955 264,349

Visosi Veloida dad d Limite   ($oise) (m/s) 53,973 0,002 85,768 0,001 96,091 0,001 94,209 0,001 Visosi Veloida dad d Limite   ($oise) (m/s) 192,542 0,0004 170,044 0,0004 175,116 0,0004 174,716 0,0004

PERDIGONES N <u ° ra # (m) 5 1 ! 6 7 % + 8 N <u ° ra

Diametro de la esera d (m) 0,8 0,8 0,8 0,8 Diametro de la

Diametro del Tubo D (m) 6,34 6,34 6,34 6,34 Diametro del

T (s) 0,80 1,10 2,80 5,60 T

Visosi dad

Visosi Veloida dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 0,935 0,691 0,006 1,071 0,791 0,006 2,337 1,727 0,003 4,090 3,021 0,001 Visosi Visosi Veloida dad dad d

1 ! % + N °

1 ! % +

# (m) 5 6 7 8 <u ra # (m) 5 6 7 8

esera d (m) 0,63 0,63 0,63 0,63 Diametro de la esera d (m) 0,5 0,5 0,5 0,5

Tubo D (m) 6,34 6,34 6,34 6,34 Diametro del Tubo D (m) 6,34 6,34 6,34 6,34

Limite ($oise) ($oise) (m/s) 16,558 13,130 0,005 31,737 25,167 0,003 21,289 16,882 0,004 24,838 19,696 0,003 Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 117,762 98,342 0,001 119,481 99,777 0,001 116,796 97,535 0,001 108,741 90,809 0,001 * 

(s) 1,00 2,30 1,80 2,40 T (s) 7,31 8,90 10,15 10,80

 

7.1.. TALA PARA LA VISCOSIDADES ; ACEITE DE MOTOCICLETA. PEPAS N <ur ° a # (m) 1 9 ! 4 N <ur ° a # (m) 1 9 4 !

Di'metro de la esera d (m) 0,2 0,2 Di'metro de la esera d (m) 0,1 0,1

Di'metro del Tubo D (m) 6,34 6,34 Di'metro del Tubo D (m) 6,34 6,34

T (s) 0,35 1,16 T (s) 1,40 2,17

<. TALA DE RESULTADOS. -$ +AKLAS A
=. GRAFICAS. GLICERINA

Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 5,123 4,784 0,026 38,207 35,673 0,004 Visosi Visosi Veloida dad dad d Limite *    ($oise) ($oise) (m/s) 20,793 20,103 0,007 72,515 70,109 0,002

V(*+-*(4$4 V* A)%'$ > V* ?@

Viscosidad Vs Altura 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0.000

1

2

3

4

5

6

Viscosidad mk (poise)

Viscosidad mk (poise)

Viscosidad mk (poise)

Viscosidad mk (poise)

V&)-+(4$4 )((%& V* A)%'$ >V )((%& V* ?@

7

Velocidad imite Vs Altura 0.090 0.080 0.070 0.060 0.050 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000

5

10

15

20

25

30

V(*+-*(4$4 S%-+B V* A)%'$ > S%-+B V* ?@

35

Viscosidad !tock Vs Altura 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000

0

5

10

15

20

25

30

35

V(*+-*(4$4 F$& V* A)%'$ > F$& V* ?@

40

Viscosidad "a#em Vs Altura 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000

5

10

15

20

25

SHAMPO V(*+-*(4$4 V* D($&%'- > V* D@

30

35

Viscosidad Vs $iametro 350 300 250 200 150 100 50 0

1

2

3

$iametro de la es%era d (cm)

Viscosidad mk (poise)

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Viscosidad Vs $iametro 80 70 60 50 40 30 20 10 0

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2 $iametro de la es%era d (cm)

Viscosidad mk (poise)

. CONCLUSIONES. •

Se determinó experimentalmente la viscosidad de diferentes fluidos mediante la relación 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 Stokes0, se determinó la viscosidad de tres fluidos ya antes mencionados &aciendo uso del viscosímetro.

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Se oservó que la coloración de los diferentes fluidos afecta a la visualización de las diferentes esferas al momento del recorrido o descenso y dificulta la toma de valores lo que da un mar"en de error en las mediciones del tiempo de su caída, ocurriendo lo mismo en la precisión de

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mediciones de temperaturas del fluido. Se comprendió al oservar los resultados otenidos, que la ecuación para la velocidad de caída de las esferas usadas se determina por una relación entre las fuerzas que act#an sore las mismas /)uerza de arrastre, viscosidad, densidad, masa0, y es importante considerar las propiedades

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de cada fluido para lle"ar a tener los resultados deseados. Se oservó que a mayor viscosidad, menor es la velocidad que tiene la

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esfera para desplazarse de un punto a otro dentro del fluido. Se comprendió que la temperatura es determinante al momento de otener  densidades y viscosidades en los fluidos, por lo tanto es necesario mantener una temperatura en el amiente constante para realizar las prácticas. s necesario conocer las características ásicas de la viscosidad y densidad de los fluidos, ya que esto es de "ran importancia para realizar  las experiencias con la mayor precisión posile, además de los

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instrumentos con los que se traajarán, como el viscosímetro y otros. Se analizó los resultados otenidos del desarrollo de la práctica, donde se oserva que el mar"en de error otenido se dee los errores de

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manipulación realizados al momento de tomar los valores de la práctica Las "ráficas nos permitieron oservar los valores otenidos y el mar"en de error cometido en la práctica, visualizándose claramente en la forma y

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características de las rectas. Se comproó que la viscosidad es una propiedad de los fluidos de "ran importancia en m#ltiples procesos industriales, así como tami!n en el área de flujo de fluidos, puesto que esta propiedad proporciona la resistencia que presentará un fluido al aplicársele un esfuerzo cortante o al ser transportado de un punto a otro.

1.ILIOGRAF"A.

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