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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
OBJETIVOS .................................................................................................................................................................................. 3 Objetivos Generales .............................................................................................................................................................. 3 Objetivos Específicos ............................................................................................................................................................ 3
FUNDAMENTO TEÓRICO .............................................................................................................................................................. 3 Viscosidad ............................................................................................................................................................................. 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
Stokes ................................................................................................................................................................................................... 9 Tensión Superficial ................................................................................................................................................................ 9
PROCEDIMIENTO ....................................................................................................................................................................... 10 Viscosidad ........................................................................................................................................................................... 10 Tensión Superficial .............................................................................................................................................................. 10
MATERIALES Y REACTIVOS UTILIZADOS ................................................................................................................................... 11 Materiales ........................................................................................................................................................................... 11 Reactivos ............................................................................................................................................................................. 11
EXPERIMENTACIÓN (RECOLECCIÓN DE DATOS IMPARCIALES) ................................................................................................... 12 Viscosidad ........................................................................................................................................................................... 12
Aceite Sae40 ....................................................................................................................................................................................... 12 Aceite Sae15W-40 .............................................................................................................................................................................. 12
Tensión Superficial .............................................................................................................................................................. 12 CÁLCULOS Y RESULTADOS OBTENIDOS .................................................................................................................................... 13 CÁLCULOS ................................................................................................................................................................................ 13
Viscosidad ........................................................................................................................................................................... 13 Tensión Superficial .............................................................................................................................................................. 18
RESULTADOS OBTENIDOS ......................................................................................................................................................... 19 Viscosidad ........................................................................................................................................................................... 19
Aceite Sae 40 ...................................................................................................................................................................................... 19 Aceite Sae 15W-40 ............................................................................................................................................................................. 19
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
1 1 cP = 1 mPa.s y 1cSt = 1 mm
2/s
2 Los Grados 0w/40, 5w/40, 10w/40.
3 Los Grados 15w/40, 20w/40, 25w/40, 40.
Grado SAE
Viscosidad Max. (cP)
Arranque en frío a la
temperatura indicada en
ºC
Viscosidad Max. (cP)
Bombeo a baja temp.
s/esfuerzo de fluencia a la
Temp. indicada en ºC
Viscosidad en
cSt @ 100ºC
Viscosidad alta
temperatura alta
tasa de corte (cP) a
150ºC y 106s
0W 3250 a -30 60000 a –40 3,8 -
5W 3500 a –25 60000 a –35 3,8 -
10W 3500 a –20 60000 a –25 4,1 -
15W 3500 a –15 60000 a –25 5,6 -
20W 4500 a –10 60000 a –20 5,6 -
25W 6000 a –5 60000 a –15 9,3 -
20 - - 5,6- 9,3 2,6
30 - - 9,3-12,5 2,9
40 - - 12,5-16,3 2,9(2)
40 - - 12,5-16,3 3,7(3)
50 - - 16,3-21,9 3,7
60 - - 21,9-26,1 3,7
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 esta
manera se obtienen aceites de características SAE 30 a 100ºC 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.) para clasificar los Aceites Lubricantes
Industriales por su viscosidad medida en diversas unidades, llevando a la necesidad del uso de tablas de conversión
para pasar de un sistema a otro.
Esta situación generó en los Institutos de Normalización de los piases miembros de la Organización Internacional de
Estandarización (ISO) el deseo de uniformar criterios para crear un único sistema de clasificación.
Sistema ISO4 de clasificación según la viscosidad para aceites industriales
Este esfuerzo conjunto permitió el nacimiento de la clasificación ISO para Aceites Lubricantes Industriales, con las
siguientes características:
Posee 18 grados de viscosidad entre 2 y1500 centistokes (cst) a 40 ºC, cubriendo la totalidad del rango de
viscosidad, desde los aceites más livianos a los mas pesados.
Cada grupo se designa el número a su viscosidad cinemática media.
Cada grupo representa un intervalo de viscosidad generado apartar de su viscosidad cinemática media +/- 10% de
este valor.
4 La clasificación ISO corresponde a la norma COVENIN 1121
Grado de viscosidad Viscosidad Cinemática media Límites de Viscosidad Cinemática en
cSt @ 40 ºC
ISO VG 2 2,2 1.98-2,42
ISO VG 3 3,2 2,88-3,52
ISO VG 5 4,6 4,14-5,03
ISO VG 7 6,8 6,12-7,48
ISO VG 10 10,0 9,00-11,00
ISO VG 15 15,0 13,50-16,50
ISO VG 22 22,0 19,80-24,20
ISO VG 32 32,0 28,80-35,20
ISO VG 46 46,0 41,40-0,60
ISO VG 68 68,0 61,20-74,80
ISO VG 100 100,0 90,00-110,00
ISO VG 150 150,0 135,00-165,00
ISO VG 220 220,0 198,00-242,00
ISO VG 320 320,0 288,00-352,00
ISO VG 460 460,0 414,00-506,00
ISO VG 680 680,0 612,00-748,00
ISO VG 1.000 1.000,0 900,00-1100,00
ISO VG 1.500 1.500,0 1.350,00-1650,00
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
Clasificación de
servicio API Gasolina
Servicio API
previo
Descripción de los fabricantes de equipos y especificaciones militares
relacionadas
Gasolina
SA ML Aceite mineral puro
SB MM Aceite inhibido (1930)
SC MS (1964) Garantía de servicio para motores a gasolina (1964-1967)
SD MS (1968) Garantía de servicio para motores a gasolina (1968-1971)
SE Garantía de servicio para motores a gasolina (1972-1980)/MIL-L-46152 y MIL-
L46152A
SF Garantía de servicio para motores a gasolina (1980-1988)/MIL-L-46152B
SG Garantía de servicio para motores a gasolina (1989-1992)/ MIL-L-46152D
SH Garantía de servicio para motores a gasolina (1993-19996)
SJ Garantía de servicio para motores a gasolina (1996-2000)
SL Garantía de servicio para motores a gasolina (2001)
Medidores de Viscosidad
Viscosímetro
Es un instrumento para medir la viscosidad de un fluido
Viscosímetro de tubo capilar
Consiste en 2 recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño conocido como tubo capilar. Conforme
al fluido fluye a través del tubo con una velocidad constante. El sistema pierde energía, ocasionando una caída de
presión. La magnitud de la caída de presión está relacionada con la viscosidad del fluido mediante la siguiente
ecuación:
HLQ
D
128
4
Viscosímetro Saybolt
La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad ,
este es el principio por el cual está basado el viscosímetro universal.
La muestra del fluido se coloca en el aparato después de que se establece el flujo se mide el tiempo requerido para
colectar 60 ml. de fluido. El tiempo resultante se reparta como la velocidad del fluido en segundos universales de
Saybolt. La expresión aproximada entre viscosidad y segundos Saybolt es:
ttv
80.1002.0
Donde:
v se expresa en stokes
t se expresa en segundos
Viscosímetro de Oswald- Cannon-Fenske:
En esencial el viscosímetro es un tubo “U” una de sus ramas es un tubo capilar fino conectado a un deposito
superior. El tubo se mantiene en posición vertical y se coloca una cantidad conocida del fluido él depósito para que
luego fluya por gravedad a través de un capilar. Los procedimientos exactos para llevar acabo estas pruebas
estándar dado en los estándar de la American Society For Testing and Materials.
Viscosímetro de cilindro concéntrico
Por medio de un cilindro que gira a una cierta velocidad con respecto a un cilindro interno concéntrico estacionario
se determina du/dy al medir el momento de torsión sobre el cilindro estacionario es posible calcular el esfuerzo
cortante. El cociente entre el esfuerzo cortante y el cambio de velocidad expresa la viscosidad.
Si la velocidad de rotación es N rpm y el radio es r2 , la velocidad del fluido en la superficie del cilindro externo esta
dada por 2 r2N/60. Con una separación entre cilindro y cilindro
b60
Nr2
dy
du 2
La ecuación se basa en b<< r2. El momento de torsión Tc sobre el cilindro interno se mide con un alambre de torsión
del cual pende el cilindro. Si se ajusta un disco al alambre su rotación es determinada por una aguja fija. Si se
desprecia el momento de torsión debido al fluido por abajo del fondo del cilindro interno el esfuerzo cortante es:
hr2
T21
c
De esta manera la ecuación para la viscosidad nos queda:
hNrr
bT15
221
2
c
Viscosímetro de caída libre
Consiste en varios tubos llenos con líquido “estándares” de viscosidades conocidas con una esfera de acero en cada
tubo. El tiempo necesario para que la esfera recorra la longitud total del tubo depende de la viscosidad del líquido.
Si se coloca la muestra en un tubo análogo es posible aproximar el valor de la viscosidad por comparación con los
otros tubos.
Para esta práctica utilizaremos el método de STOKES para la obtención de la viscosidad. Sr. Jeorge Grabiel Stokes
Matemático y Físico Irlandés Bornat. Skreen 1819. Autor de trabajos en Hidrodinámica, encontró la Ley que rige la
caída de sólidos esféricos en el seno de un fluido denominada con su nombre.
Stokes
Símbolo “st”; Es una unidad de la viscosidad cinemática de un fluido que tenga una viscosidad dinámica de 1
poise, y una densidad de 1 gramo por centímetro cúbico.
Tensión Superficial
La Tensión Superficial o Energía Libre Superficial es el trabajo necesario para incrementar, a temperatura
constante y de modo reversible, el área de la superficie de un líquido en una unidad.
Las unidades de Tensión Superficial son: erg/cm2, Joules/m2, dinas/cm ó N/m.
Para realizar la determinación de la Tensión Superficial se mide la altura que alcanza un líquido dentro de
un tubo capilar abierto en ambos extremos de acuerdo a:
grh2
1
Donde:
es la Tensión Superficial
r es el radio interno del tubo capilar
h es la altura alcanzada por el líquido
es la densidad del líquido
g es la aceleración de la gravedad
La Tensión Superficial es la medida de la potencia de las fuerzas intermoleculares.
La Tensión Superficial depende de la clase de sustancia y disminuye con un aumento de la temperatura.
Procedimiento
Viscosidad
Inicialmente se determina el diámetro de la esfera y su masa:
Luego se mide la distancia total del tubo en donde se encuentra el aceite, se saca la mitad de la medida y sobre
ésta, se su toman puntos de referencia a cierta distancia, de la misma magnitud, hacia arriba y hacia abajo, se
marca con un marcador dichas alturas. Se realiza ésta parte central por que más o menos es donde la velocidad
de la esfera será constante.
Posteriormente se deja caer al tubo con aceite la esfera y con el cronómetro se comienza a registrar el tiempo
desde que atraviesa la primera marca y se lo detiene una vez pasa la segunda referencia. Finalmente se anota el
tiempo.
Se repite la operación anterior 5 veces por cada aceite empleado, es decir, para el SAE40 y para el SAE15W,
siempre que antes se llegue a recoger las esferas ya utilizadas en el fondo del tubo con la ayuda de un imán.
Se procede a pesar el matráz aforado vacío en la balanza y posteriormente lleno hasta la altura del anfor, con
los aceites empleados en la práctica, para que mediante la diferencia podamos determinar la densidad del aceite
en cuestión.
En los cálculos realizados en el presente informe se compararán los datos bibliográficos con los obtenidos en la
práctica y sus respectivos errores.
Tensión Superficial
Se llena el vaso de precipitados con 1 cm o menos de altura, del líquido en estudio.
Se pesa un capilar seco y vacío y luego lleno de líquido, en este caso, según instrucciones únicamente se lo
hará con agua. De esa manera es como se tendría de datos el peso del líquido, la densidad del líquido, que en el
caso del agua será 31cm
g y medimos la longitud del tubo para así poder determinar el diámetro
interno del tubo capilar.
Por otra parte, con las ligas, se amarra al capilar junto con la regla milimétrica, y se los inserta en el vaso
de precipitados que contiene el líquido en estudio. De esa manera se puede determinar la altura h del
ascenso capilar. Posteriormente, en los cálculos realizados se determinará la Tensión Superficial y se compararán los valores
bibliográficos y sus respectivos errores.
Se repite el procedimiento para los casos del Alcohol y del Éter.
Materiales y reactivos utilizados
Materiales
Item
Material
Característica
Cantidad
Item
Material
Características
Cantidad
1
Tubo de vidrio (150cm) 1 8
Vernier 1
2
Embudo 1 9
Vaso de
Precipitado 250 cc 1
3 Perdigón de
acero
5 mm
Diámetro 5 10
Escala
Milimétrica 10 cm 1
4 Cronómetro 1 11
Tubo Capilar
3
5
Imán 1 12
Matraz
Aforado 50 cm3 4
6
Flexómetro 100 cm 1 13
Balanza
Eléctrica Hasta 0.001 1
7 Ligas 2 14
Esferas 5
Reactivos
Item Reactivo Características Cantidad
1 Agua Destilada 300cc
2 Aceites Automotrices Diferentes Viscosidades 300cc
3 Alcohol Etílico p.a. 200cc
4 Éter etílico p.a. 200cc
Experimentación (recolección de datos imparciales)
Los datos recopilados5 en la práctica se muestran en orden en las siguientes tablas:
Viscosidad
Aceite Sae40
Medición Masa esfera [g] Distancia [cm] Tiempo [s] Diámetro [cm]
1 0,130 50 6,12 0,31
2 0,130 50 6,07 0,30
3 0,130 50 6,15 0,32
4 0,130 50 6,17 0,30
5 0,130 50 6,00 0,32
Aceite Sae15W-40
Medición Masa esfera [g] Distancia [cm] Tiempo [s] Diámetro [cm]
1 0,132 30 2,86 0,32
2 0,132 30 2,87 0,32
3 0,132 30 2,87 0,32
4 0,132 30 2,81 0,32
5 0,132 30 2,83 0,32
Volumen Matraz Aforado= 10 ml
Medición Masa Matráz
Aforado Vacío [g]
Masa Matráz
Aforado con
Aceite Sae 40 [g]
Masa Matráz
Aforado Vacío [g]
Masa Matráz
Aforado con Aceite
Sae 15W-40 [g]
1 14,281 23,067 13,956 22,723
2 14,282 23,068 13,957 22,724
Tensión Superficial
Masa Capilar
Vacío [g]
Masa Capilar
lleno [g]
Longitud del
Capilar [cm]
Altura
Alcanzada [cm]
Agua1 0,141 0,147 7,43 1,5
Alcohol 0,139 - 7,47 1,9
Éter 0,140 - 7,50 1,4
5 Para una posterior revisión, los datos se encuentran también en el último capítulo, en los anexos.
Cálculos y Resultados Obtenidos6
Cálculos
Viscosidad
Volumen Matraz Aforado= 10 ml
Medición Masa Matráz
Aforado Vacío [g]
Masa Matráz
Aforado con
Aceite Sae 40 [g]
Masa Matráz
Aforado Vacío [g]
Masa Matráz
Aforado con Aceite
Sae 15W-40 [g]
1 14,281 23,067 13,956 22,723
2 14,282 23,068 13,957 22,724
Con las masas tomadas podemos observar que la balanza eléctrica tiene una desviación estándar de hasta
0,001 g, primero calcularemos la masa de los aceites y posteriormente obtendremos su densidad, ya que
conocemos el volumen del matráz aforado.
Para el aceite Sae40: Los mismos pasos se realizan para el Sae 15W-40:
340
40
40
40
40
40
8786,0
10
786,8
001,0786,8
281,14067,23
cmg
ml
g
V
m
gm
ggm
mmm
Sae
matraz
Sae
Sae
Sae
Sae
omatrazvacíomatrázllenSae
Además también procedemos a obtener el intervalo de confianza de ambas densidades mediante:
V
E
m
E
V
mE
V
dV
m
dmd
Vm
V
m
Vm
logloglog
Existen distintas calidades de matraces, según diversas marcas, por lo que se despreciará el error del
volumen.
Para el aceite Sae40: Los mismos pasos se realizan para el Sae 15W-40:
30001,0
10
0
786,8
001,08786,0
40
40
cmg
E
E
Sae
Sae
30001,0
10
0
767,8
001,08757,0
4015
4015
cmg
E
E
WSae
WSae
Entonces el intervalo de confianza para las densidades de los aceites serán:
340 0001,08786,0cm
gSae 34015 0001,08767,0
cmg
WSae
6 Todos los cálculos de errores obtenidos serán calculados con un nivel de confianza del 95 %.
34015
4015
4015
4015
4015
4015
8767,0
10
767,8
001,0767,8
956.13723.22
cmg
ml
g
V
m
gm
ggm
mmm
wSae
matraz
wSae
wSae
wSae
wSae
omatrazvacíomatrázllenwSae
Luego, con la tabla del Aceite Sae40 obtendremos la densidad de la esfera:
3
3
2
2
3
32
32
2
3
323
33
2
92,033,8
92,0
1056,1
1016,0
130,0
001,033,8
logloglog
33,8
'
1016,056,1
1016,0
2
3
log36
loglog
6
1056,131,06
63
4
01,031,0
01,05
01,0776,2
31,05
32,030,032,030,031,0
001.0130,0
cmg
cmg
E
E
V
E
m
E
V
mE
V
dV
m
dmd
Vm
cmg
V
m
E
cmV
cmE
EDE
D
dD
V
dV
DV
DV
cmcmV
DrV
EVV
cmD
cmn
stE
cmcmcmcmcmcm
D
EDD
gm
Vm
V
DV
esfera
esfera
esfera
V
D
D
esfera
Posteriormente obtenemos la velocidad de la esfera, con los datos de la tabla del Aceite Sae40:
Conociendo además la desviación estándar del flexómetro:
scmv
scmE
E
t
E
x
E
t
xE
t
dt
x
dx
v
dv
txv
scm
s
cmv
t
xv
Evv
st
sn
stE
ssssss
t
Ett
cmx
v
v
tx
v
v
t
t
1,02,8
1,0
10,6
08,0
50
1,02,8
logloglog
2,810,6
0,50
08,010,6
08,05
07,0776,2
10,65
00,617,615,607,612,6
1,00,50
2
Finalmente todo lo hecho nos permitirá obtener la viscosidad del aceite mediante la siguiente fórmula
planteada en el fundamento teórico:
v
gr
9
)'(2 2
poisesscm
g
scm
cmg
cmg
scmcm
v
gD
v
gr
E
8,48,4
2,818
)8786,033,8(98031,0
18
)'(
9
)'(2
332
2
22
poisesscm
gE
E
EE
v
E
D
E
v
gDE
dd
v
dv
D
dDd
vgD
v
gD
v
gr
vD
0,10,1
)8786,033,8(
0001,0
)8786,033,8(
92,0
2,8
1,0
31.0
01.02
2,8
)8786,033,8(98031,0
18
1
)'()'(2
)'(
18
1
)'()'(
'2
log)'log(loglog218
1loglog
)'(
18
1
9
)'(2
2
'
2
22
poisesAceiteSae 0,18,440
Los mismos pasos se realizan a continuación para el Aceite Sae 15W-40, con la ayuda de su respectiva
tabla:
Con la tabla del Aceite Sae40 obtendremos la densidad de la esfera:
32
32
2
3
323
33
1017,072,1
1017,0
2
3
log36
loglog
6
1072,132,06
63
4
01,032,0
001.0132,0
cmV
cmE
EDE
D
dD
V
dV
DV
DV
cmcmV
DrV
EVV
cmD
gm
V
DV
esfera
esfera
esfera
V
esfera
3
3'
2
2
'
'
3
'
82,069,7'
82,0
1072,1
1017,0
132,0
001,069,7
'
'
loglog'log
69,7''
''
cmg
cmg
E
E
V
E
m
E
V
mE
V
dV
m
dmd
Vm
cmg
V
m
E
Vm
Posteriormente obtenemos la velocidad de la esfera, con los datos de la tabla del Aceite Sae40:
Conociendo además la desviación estándar del flexómetro:
scmv
scmE
E
t
E
x
E
t
xE
t
dt
x
dx
v
dv
txv
scm
s
cmv
t
xv
Evv
st
sn
stE
ssssss
t
Ett
cmx
v
v
tx
v
v
t
t
1,053,10
1,0
85,2
03,0
30
1,053,10
logloglog
53,1085,2
0,30
03,085,2
03,05
0268,0776,2
85,25
83,281,287,287,286,2
1,00,30
2
Finalmente todo lo hecho nos permitirá obtener la viscosidad del aceite mediante la siguiente fórmula
planteada en el fundamento teórico:
v
gr
9
)'(2 2
poisesscm
g
scm
cmg
cmg
scmcm
v
gD
v
gr
E
6,36,3
53,1018
)8767,069,7(98032,0
18
)'(
9
)'(2
332
2
22
poisesscm
gE
E
EE
v
E
D
E
v
gDE
dd
v
dv
D
dDd
vgD
v
gD
v
gr
vD
7,07,0
)8767,033,8(
0001,0
)8767,069,7(
82,0
53,10
1,0
32.0
01.02
53,10
)8767,069,7(98032,0
18
1
)'()'(2
)'(
18
1
)'()'(
'2
log)'log(loglog218
1loglog
)'(
18
1
9
)'(2
2
'
2
22
poisesWAceiteSae 7,06,34015
Tensión Superficial
Medida Masa Capilar
Vacío [g]
Masa Capilar
lleno [g]
Longitud del
Capilar [cm]
Altura
Alcanzada [cm]
1 0,141 0,147 7,43 1,5
2 0,139 - 7,47 1,9
3 0,140 - 7,50 1,4
Como se puede ver en la tabla, únicamente podemos calcular la tensión superficial del agua, de la
siguiente manera:
Primero obtendremos el volumen, ya que conocemos la densidad del agua que es: 31cm
g
3
3
´
006,0
1
141,0147,0
cmV
cmg
ggV
mmV
mV
V
m
Agua
íocapilarvacnocapilarlle
Teniendo el volumen, procederemos a calcular el radio:
cmr
l
Vr
lrV
016,043,7
006,0
2
Finalmente, con la siguiente fórmula obtendremos la Tensión Superficial:
grh2
1
m
N
g
Kg
m
cm
s
m
cm
gcmcm
2
23
1018,1
1000
1
1
1008,915,1016,0
2
1
Resultados obtenidos
Viscosidad
Aceite Sae 40
poisesWAceiteSae 0,18,44015
cStteórico 3,165,12
Aceite Sae 15W-40
poisesWAceiteSae 7,06,34015
cStteórico 6,5
Tensión Superficial
m
N21018,1
Gráficos
Balanza Eléctrica
Vernier
Esfera
Vaso de Precipitados
Imán Matraz Aforado
Tubos Capilares
Escala Milimétrica Cronómetro
Análisis de resultados (Comparación con los teóricos)
En los diferentes experimentos realizados las medidas tomadas estaban sujetas a errores de distinto tipo,
entre ellos podemos mencionar a los errores fortuitos que se deben a imperceptibles cambios de presión,
temperatura y dirección del viento, en nuestro caso al trabajar con la viscosidad, podemos decir que hubo
variación en la temperatura y en la presión que afectan nuestros resultados, sin embargo, al ser
despreciables no se los tomo en cuenta porque no afectaban significativamente en los resultados.
En la obtención de la viscosidad, muchos factores llegaron a influir en los resultados, como por ejemplo
desde que se toma el tiempo al ver que se pase la referencia indicada, y que exista una visión
perpendicular a dicha marca, como el tiempo de falla que se tiene al tomar el tiempo con el cronómetro, ya
que debemos tener en cuenta de que el ser humano, no tiene una reacción instantánea, todo ello con el fin
de obtener resultados fiables, no nos llegan a brindar una total certeza.
Para la obtención de la Tensión Superficial, lastimosamente no se pueden realizar los cálculos para el
alcohol y para el éter ya que no se obtuvo la masa del capilar lleno con estas sustancias. Pero si se puede
realizar con el caso del Agua, pero como siempre los resultados han de presentar siempre errores, tanto
hayan de ser instrumentales, sistemáticos o de lectura.
Los errores producidos en el transcurso de la práctica pudieron deberse mayormente a errores
instrumentales (por algún defecto en la calibración de algún instrumento), errores de lectura (error de cero
o el error de paralaje, que es más frecuente) y errores sistemáticos (donde la temperatura, y otros factores
pudieron ser predominantes para que existen errores en la práctica).
Conclusiones
Llegamos a determinar la viscosidad absoluta de dos aceites, el SAE40 y el SAE15W-40. En las
condiciones en las que nos encontramos en la Facultad de Ingeniería de la UMSA, muy distintas a las que
se encuentran los Aceites en el momento de ser envasados. Se evaluaron los aceites empleados y a primera
vista se pudo determinar cual de ellos era el más viscoso. Además de ello, se comprobaron ambos valores,
de esa manera se evalúa el error porcentual.
Finalmente, determinamos la tensión superficial del agua en este caso, pero se realizaron los mismos pasos
para otros dos líquidos, es decir, para el Éter y para el Alcohol.
Se empleó un cálculo de errores y herramientas de estadística y regresión lineal en el desarrollo del presente
informe, en el laboratorio se tomaron una serie de medidas utilizando diferentes instrumentos. Debemos tomar
en cuenta que todas las medidas están sujetas a errores de diferentes tipos, estos pueden ser errores de lectura,
sistemáticos e instrumentales Para hallar el error absoluto, los ingenieros utilizan un 95% de probabilidad y
para nuestros objetivos utilizaremos el estadístico t de student ya que en esta practica el número de medidas es
menor que 30.
Recomendaciones
Para la toma de Datos de la viscosidad, es importante, el tener en cuenta que uno de los principales errores que
se pudieron dar en esta práctica fueron los de lectura, tales como el no tener una vista perpendicular hacia la
referencia para tomar el tiempo. Además de ello, también factores como la temperatura, llegan a influir en los
resultados obtenidos. Se recomienda además tener cuidado al introducir el imán para sacar las esferas, el
mismo podría quedar atrapado en el fondo si la cuerda que lo sujeta se rompiese por la fricción con el tubo que
contiene el aceite.
Finalmente, una importantísima recomendación, se debe de tener mucho cuidad oconel manejo del Éter, no se
lo debe inhalar. En el labado de los materiales se procederá a emplear piedras para que el aceite logre salir, si
no lo hace se empleará el Éter. Así mismo, mucho cuidado con todos los materiales del laboratorio que son
muy delicados.
Bibliografía
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Líquidos. Viscosidad. Cuarta Edición. La Paz –Bolivia. Fecha de Consulta: 17/10/09.
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Líquidos. Tensión Superficial. Cuarta Edición. La Paz –Bolivia. Fecha de Consulta: 17/10/09.
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Líquidos. Ascenso Capilar. Cuarta Edición. La Paz –Bolivia. Fecha de Consulta: 17/10/09.
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Salamanca, España. Fecha de Publicación: 19/10/09. [Fecha de Consulta: 21/10/09].
Anexos
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