MEDIDA DE LA VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE DOS LÍQUIDOS

• Determinar la densidad de dos cilindros de materiales diferentes por el método directo y por el método de Arquímedes cuando se sumerge en agua y en alcohol. • Identificar materiales a partir de la densidad y comparar los resultados. • Calcular el error porcentual, en estos casos. • Observar la diferencia, o determinar cuál de los dos métodos es el más eficaz.

Miguel Carvajal, 2019

Ensayo para Cristian Rojas Turbomaquinas

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DE UN LÍQUIDO // DETERMINATION OF THE VISCOSITY OF A LIQUID, 2017

En este trabajo se determinó la viscosidad de cinco líquidos: Etanol, acetato de etilo, glicerina (glicerol), ciclohexano, y acetona, a partir de un valor teórico de agua y utilizando un viscosímetro de Ostwald. Además, se precisó la densidad de cada uno de los líquidos empleando un picnómetro. Los valores de viscosidad en g/cm*seg fueron: Etanol, 0.007485; acetato de etilo, 0.006346; glicerol, 0.280561; ciclohexano, 0.007557; y acetona, 0.005866. De igual forma, para el caso de la densidad en gr /mL fueron: Etanol, 0.780653; acetato de etilo, 0.887264; glicerol, 1.212756; ciclohexano, 0.766885; y acetona, 0.777755. Palabras claves: Viscosidad de un líquido, viscosímetro de Ostwald, densidad de un líquido. In this work the viscosity of five liquids: ethanol, ethyl acetate, glycerol (glycerol), cyclohexane, and acetone, was determined from a theoretical value of water and using an Ostwald viscometer. In addition, the density of each of the liquids was specified using a pycnometer. The viscosity values in (g / cm * sec) were: ethanol, 0.007485; ethyl acetate, 0.006346; glycerol, 0.280561; cyclohexane, 0.007557; and acetone, 0.005866. Likewise, for the case of the density in gr / ml were: ethanol, 0.780653; ethyl acetate, 0.8887264; glycerol, 1.212756; cyclohexane, 0.766885; and acetone, 0.77755. Keywords: Viscosity of a liquid, viscometer of Ostwald, density of a liquid.

El estudio de los fluidos en movimiento es un problema complejo y en el que la viscosidad juega siempre un papel fundamental, aunque las teorías más elementales ignoran sus efectos, suponiendo que el líquido se puede dividir en capas se deslizan unas sobre las otras sin encontrar ninguna resistencia. En realidad esto dista mucho de ser verdad, y en el movimiento se desarrollan unas fuerzas tangenciales tan grandes que algunas veces éste se lleva a cabo con gran dificultad. Esto sucede por ejemplo con aceites muy pesados. Por el contrario, otras veces estas fuerzas son muy pequeñas y el líquido fluye entonces fácilmente como sucede con el agua o el alcohol. Este " grado de fluidez " se caracteriza por un coeficiente típico de cada sustancia que se llama coeficiente de viscosidad o viscosidad dinámica. Un sólido amorfo no es en realidad más que un líquido cuya viscosidad dinámica es enormemente grande. Fue Newton el que dio la expresión de la fuerza de viscosidad: " La fuerza tangencial que una capa ejerce sobre la contigua es proporcional al área de la superficie de contacto y al gradiente de la velocidad normal a la dirección de deslizamiento ". η ⋅ = S dz dv F (1) donde η es el coeficiente de viscosidad. Su unidad en el sistema SI es el stokes, aunque es corriente también utilizar la unidad de viscosidad en el antiguo sistema CGS. Esta unidad se llama poise (1 stokes = 10 poise). La viscosidad cinemática σ es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad. El fundamento de la mayor parte de los viscosímetros que se utilizan en la práctica es la fórmula de Poiseuille (ver el Apéndice), que nos da el caudal Q (volumen de fluido por unidad de tiempo) que atraviesa un capilar de radio R y longitud l entre cuyos extremos se ha aplicado una diferencia de presiones ∆p

El líquido es uno de los tres estados de agregación de la materia. Un líquido es un fluido cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura y presión constantes y su forma es esférica. Sin embargo, debido a la gravedad ésta queda definida por su contenedor. Un líquido ejerce presión en el contenedor con igual magnitud hacia todos los lados. Si un líquido se encuentra en reposo, la presión que ejerce esta dada por: Donde ρ es la densidad del líquido y z es la distancia del punto debajo de la superficie. Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se expanden cuando se incrementa su temperatura y se comprimen cuando se enfrían. Los objetos inmersos en algún líquido son sujetos a un fenómeno conocido como flotabilidad. Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían con el tiempo. Las distancias intermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen. Cuando un líquido sobrepasa su punto de ebullición cambia su estado a gaseoso, y cuando alcanza su punto de congelación cambia a sólido. Por medio de la destilación fraccionada, los líquidos pueden separarse de entre sí al evaporarse cada uno al alcanzar sus respectivos puntos de ebullición. La cohesión entre las moléculas de un líquido no es lo suficientemente fuerte por lo que las moléculas superficiales se pueden evaporar. Líquidos, sustancias en un estado de la materia intermedio entre los estados sólido y gaseoso. Las moléculas de los líquidos no están tan próximas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases. En algunos líquidos, las moléculas tienen una orientación preferente, lo que hace que el líquido presente propiedades anisótropas (propiedades, como el índice de refracción, que varían según la dirección dentro del material). En condiciones apropiadas de temperatura y presión, la mayoría de las sustancias puede existir en estado líquido. A presión atmosférica, sin embargo, algunos sólidos se subliman al calentarse; es decir, pasan directamente del estado sólido al estado gaseoso (véase Evaporación). La densidad de los líquidos suele ser algo menor que la densidad de la misma sustancia en estado sólido. Algunas sustancias, como el agua, son más densas en estado líquido.

En esta practica de laboratorio se procederá a analizar las características dentro de un conjunto de fluidos para entender como variando la temperatura se cambian las propiedades del fluido, que se encuentran directamente relacionados con la densidad. Se procederá a hacer un análisis cualitativo de los cambios presentados en el sistema para analizar lo ya propuesto. El sistema que analizaremos será el de un volcán submarino modelado con instrumentos básicos de laboratorio.

Física Aplicada: Técnicas Experimentales Básicas PRÁCTICA nº 8

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1. Contenido Teórico ¿Qué es la Viscosidad Absoluta? La viscosidad absoluta es una propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. Algunas unidades a través de las cuales se expresa esta propiedad son el Poise (P), el Pascal-Segundo (Pa-s) y el centiPoise (cP), siendo las relaciones entre ellas las siguientes: 1 Pa-s = 10 P = 1000 cP. La Viscosidad Absoluta suele denotarse a través de la letra griega μ. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta. ¿Cómo puede medirse la Viscosidad Absoluta? Uno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el Viscosímetro Stormer (figura 1). En este equipo se introduce la sustancia a analizar en el espacio comprendido entre un cilindro fijo (externo) y uno móvil (rotor interno). El rotor es accionado a través de unas pesas y se mide el tiempo necesario para que este rotor gire 100 veces. Mientras mayor es la viscosidad de la sustancia, mayor es su resistencia a deformarse y mayor es el tiempo necesario para que el rotor cumpla las 100 revoluciones. Puede demostrarse a través del análisis del fenómeno y de las características constructivas del equipo que la Viscosidad Absoluta en cP es μ = 0,0262827·m·t, donde m es la masa colocada en el cuelga-pesas y t el tiempo en segundos necesario para que el rotor de las 100 revoluciones. Figura 1. Viscosímetro Stormer ¿Qué es la Viscosidad Cinemática? La Viscosidad Cinemática es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido. Esta suele denotarse como υ, por lo cual υ = μ/ρ. Algunas de las unidades para expresarla son el m 2 /s, el stoke (St) y el centistoke (cSt), siendo las equivalencias las siguientes: 1 m 2 /s = 10000 St = 1x10 6 cSt. Imagínese dos fluidos distintos con igual viscosidad absoluta, los cuales se harán fluir verticalmente a través de un orificio. Aquél de los fluidos que tenga mayor densidad fluirá más rápido, es decir, aquél que tenga menor viscosidad cinemática.