Universidad Mayor de San Andrés Facultad de Ingeniería Curso Básico LABORATORIO DE QUIMICA PRACTICA Nº 3 VISCOSIDAD Y TENSION SUPERFICIAL Nombre: Contreras Useglio Rolando Miguel Materia: Laboratorio Química General. (QMC 100) Docente: Ing. Leonardo Coronel R. Grupo: M Carrera: Ingeniería Química Semestre: II / 2009
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Universidad Mayor de San Andrés
Facultad de Ingeniería
Curso Básico
LABORATORIO DE QUIMICA
PRACTICA Nº 3
VISCOSIDAD Y TENSION SUPERFICIAL
Nombre: Contreras Useglio Rolando Miguel
Materia: Laboratorio Química General. (QMC 100)
Docente: Ing. Leonardo Coronel R.
Grupo: M
Carrera: Ingeniería Química
Semestre: II / 2009
Laboratorio de Química
Práctica Nº3
Viscosidad y Tensión Superficial
Índice
VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL............................................................................................................................. 3
Viscosidad Absoluta o Dinámica .......................................................................................................................................................... 4 Viscosidad Cinemática ......................................................................................................................................................................... 5 Viscosidad de los aceites ...................................................................................................................................................................... 5 Sistema de Unidades ............................................................................................................................................................................. 5
Clasificación de los aceites ............................................................................................................................................................. 6 Clasificación SAE: .......................................................................................................................................................................... 6 Clasificación SAE de viscosidad de aceites para motor (SAE J306, DIC 96) ................................................................................. 6
Aceites multigrado ................................................................................................................................................................................ 7 Clasificación de viscosidad ISO para industriales aceites lubricantes ........................................................................................... 7 Sistema ISO de clasificación según la viscosidad para aceites industriales ................................................................................... 7
Sistema de clasificación API ................................................................................................................................................................ 8 Clasificación API (Instituto de Petróleo Americano) de calidad de los aceites para motor .......................................................... 8
Medidores de Viscosidad ...................................................................................................................................................................... 8 Viscosímetro .................................................................................................................................................................................... 8 Viscosímetro de tubo capilar ........................................................................................................................................................... 8 Viscosímetro Saybolt ....................................................................................................................................................................... 8 Viscosímetro de Oswald- Cannon-Fenske: ...................................................................................................................................... 9 Viscosímetro de cilindro concéntrico .............................................................................................................................................. 9 Viscosímetro de caída libre ............................................................................................................................................................. 9
EXPERIMENTACIÓN (RECOLECCIÓN DE DATOS IMPARCIALES) ................................................................................................... 12 Viscosidad ........................................................................................................................................................................... 12
Tensión Superficial .............................................................................................................................................................. 19 GRÁFICOS ................................................................................................................................................................................. 20 ANÁLISIS DE RESULTADOS (COMPARACIÓN CON LOS TEÓRICOS) .............................................................................................. 22 CONCLUSIONES ......................................................................................................................................................................... 22 RECOMENDACIONES ................................................................................................................................................................. 22 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................................................................... 23 ANEXOS .................................................................................................................................................................................... 23
Practica Nº 3
Viscosidad y Tensión Superficial
Objetivos
Objetivos Generales
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.
Objetivos Específicos
Determinar la viscosidad absoluta de tres aceites multigrados mediante la relación que existe entres
el tiempo empleado por una esfera en recorrer una cierta distancia al ser introducida en el fluido
(Método de Stokes).
Comparar los valores experimentales de viscosidad, con los aportados por el fabricante para
evaluar el error porcentual.
Determinar la Tensión Superficial en tres líquidos diferentes
Fundamento teórico
Viscosidad
De todas las propiedades de los fluidos, la viscosidad requiere la mayor consideración en el estudio del
flujo de fluidos. La viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se la aplica una
fuerza externa: el coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente la viscosidad absoluta de un fluido, es
una medida de resistencia, al deslizamiento o a sufrir deformaciones 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, como la viscosidad, densidad, peso
específico, volumen específico, presión, etc. Al analizar las distintas propiedades que poseen los fluidos,
la viscosidad requiere la mayor consideración para el estudio de estos materiales; su naturaleza y
características, así como las dimensiones y factores de conversión.
Todo fluido tiene una viscosidad específica bajo ciertas condiciones cuando se mueve alrededor de un
cuerpo o cuando un cuerpo se mueve dentro del fluido, se produce una fuerza de arrastre ( aF ) sobre este.
Si el cuerpo en estudio es una esfera, ésta fuerza de arrastre viene dada por la expresión según la ley de
Stokes:
vrFa 6
Donde:
es la viscosidad del fluido
r es el radio de la esfera
v es la velocidad de la esfera con respecto del fluido
Considerando lo anterior si se deja caer en un recipiente con un fluido, debe existir una relación entre el
tiempo empleado en recorrer una determinada distancia y la viscosidad de dicho fluido. Construyendo el
diagrama de cuerpo libre de una esfera se tiene:
Donde:
E : Empuje hidrostático
P : Peso de la esfera
aF : Fuerza de arrastre
Aplicando la Segunda Ley de Newton:
amFEPamF a
Mediante la resolución de dicha ecuación obtendremos la siguiente fórmula con la que realizaremos los
posteriores cálculos del presente informe:
v
gr
9
)'(2 2
Donde:
es la viscosidad del fluido
r es el radio de la esfera
g es la aceleración de la gravedad
' es la densidad de la esfera
es la densidad del fluido
v es la velocidad con la que cae la esfera en el fluido
Viscosidad Absoluta o Dinámica
Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de distancia, cuando el
espacio que los separa está lleno con un fluido y uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su
propio plano con respecto al otro también denominado viscosidad dinámica; coeficiente de viscosidad.
La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el pascal segundo ( sPa ) o también
Newton segundo por metro cuadrado (2/ msN ), o sea kilogramo por metro segundo ( mskg / ); esta
unidad se conoce también con el nombre de Poiseuille (PI) en Francia, pero debe tenerse en cuenta que no
es la misma que el poise (P).
El poise es la unidad correspondiente en el sistema CGS de unidades y tiene dimensiones de DINA
segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro cuadrado. El submúltiplo el centipoise (cP), 210 poises, es la unidad más utilizada para expresar la viscosidad dinámica dado que la mayoría de los
fluidos poseen baja viscosidad. La relación entre el Pascal segundo y el centipoise es:
cPsmkgmsNsPa 32 10/1/11 sPacP 3101
Viscosidad Cinemática
Es la razón de viscosidad a densidad de masa. En el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad
cinemática es el metro cuadrado por segundo ( sm /2 ). La unidad CGS correspondiente es el stoke (St),
con dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el centistoke (cSt), 210 stokes, que es el
submúltiplo más utilizado.
cStsm 62 10/1 smcSt /101 26
v
Donde:
v es la viscosidad cinemática
es la viscosidad absoluta o dinámica
es la densidad del líquido
Viscosidad de los aceites
Los aceites presentan notables diferencias en su grado de viscosidad o fluidez, influyendo mucho estas
diferencias en algunas de sus aplicaciones. El grado de viscosidad de los aceites tiene importancia en los
aceites destinados a arder y los utilizados como lubricantes. En los primeros influya la viscosidad de modo
que los aceites fluidos ascienden fácilmente por capilaridad en las mechas de las lámparas, mientras que
los muy viscosos o poco fluidos requieren disposiciones especiales para conseguir que llegue a la llama en
la unidad de tiempo suficiente cantidad de combustible. Cuando se emplea aceites como lubricantes, la
materia grasa debe tener consistencia apropiada para impedir el contacto inmediato de las superficies que
frotan entre sí impidiendo con ello se desgaste; para lograr esto conviene que la materia grasa no sea
demasiado fluida tampoco demasiado viscosa.
Sistema de Unidades
S.I.: smkgmsN // 2 C.G.S.: Poisescmg /
S.B.G.: segftslug / S.I.I.: 2/ ftseglb
Clasificación de los aceites
La clasificación de los aceites atendiendo su velocidad generan en la etiqueta de los envases una serie de
siglas, acompañados por unos dígitos, identificando el grado de viscosidad del lubricante, qué se refiere a
su temperatura sin añadir dato alguno de sobre otras apreciaciones o condiciones. El índice de viscosidad
representa la tendencia más o menos que se espera a medida que se enfría o se calienta. Los aceites
multigrados con base sintéticos se obtienen haciendo una mezcla de aceites de síntesis de baja graduación
SAE y de aceites minerales de alta viscosidad.
La Organización de Estandarización Internacional ISO , estableció su ordenación para los lubricantes de
aplicación industrial , o a la Sociedad de Ingenieros de Automoción –Society of Automotive Engineers- (SAE) de
los Estados Unidos , creo su escala de denominación para definir rangos de viscosidad en lo lubricantes de
automóviles.
Clasificación SAE:
La Sociedad de Ingenieros de Automotores de EE.UU.(SAE) clasificó a los aceites según su viscosidad adoptando
como temperatura de referencia 100 grado centígrado y manteniendo la viscosidad en centistoke (cst). Se dividió el
rango total de viscosidades de los aceites en grupos arbitrarios designados por los siguientes números: 20, 30, 40 y
50, originalmente existió un grado 60 que luego fue suprimido.
Esta clasificación no tuvo en cuenta que un aceite SAE 20 en condiciones de baja temperatura aumentaba
considerablemente su viscosidad no siendo apto para una operación correcta en climas fríos. Surgen así los aceites
tipo W (winter: invierno) que cubrirían esta deficiencia. Se amplió entonces la clasificación incorporando los grados
SAE 5W, SAE 10W, SAE 20W a los ya existentes.
Estas primeras clasificaciones sólo tomaron en cuenta la viscosidad del aceite, posteriormente con el advenimiento
de los aditivos mejoradores se incorporan siglas que caracterizan al aceite también por sus propiedades especificas
(ejemplo: HD SAE 30, SAE 20 S1, etc.) como tener capacidad detergente-dispersante, propiedades antidesgaste,
propiedades anticorrosivas, etc.
Clasificación SAE de viscosidad de aceites para motor (SAE J306, DIC 96)1