viscocidad

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

INSTITUTO DE CIENCIAS FISICAS

INFORME DE LABORATORIO DE FISICA B

Profesor:

Ing. Carlos Alberto Martínez B.

Titulo de Practica:

Viscocidad

Nombre:

Juan Xavier Galarza Cuadros

Grupo de Trabajo:

Bryan Puero

Alejandro Delgado

Juan Galarza

Amanda Onofre

Valeria Lucas

Fecha de entrega:

Viernes 14, Diciembre, 2012

Paralelo:

9

Año Electivo:

2012 – 2013 II Termino

Resumen:

En la práctica que se relata en este informe, calculamos experimentalmente el valor de la viscosidad del agua, utilizando el método de Poiseuille.

Para este experimento se utilizó el frasco de Mariotte principalmente que permitía variar H para poder calcular los debidos Q , que es la relación entre el agua salida y el tiempo de salida.Este frasco se lo llenaba de agua y variando la altura del tubo capilar realizábamos diferentes experimentos y cálculos, de esta manera obtuvimos los datos necesarios para obtener el resultado esperado.Para lo cual graficamos Q vs H y la pendiente de dicha grafica nos representaba un valor que resultaba ser una mezcla de relaciones entre diferentes variables, pero de este valor pudimos despejar el valor de interés.El valor teórico de la viscosidad del agua es de 0.01 poise y nuestro resultado fue de 0.01205 poise obteniendo un error aproximado de 20.5%.

(English…)

In practice it is reported in this paper, experimentally calculated value of the viscosity of water, using the Poiseuille method.For this experiment we used mainly Mariotte flask H allowing to vary due calculating Q, which is the ratio between the water outlet and the exit time.This bottle is filled him with water and varying the height of the capillary we conducted various experiments and calculations, thus obtained the data necessary to obtain the desired result.For which plotted vs Q H and the slope of the graph represents a value that we happened to be a mix of relationships between variables, but this value could clear the value of interest.The theoretical value of the viscosity of water is 0.01 poise and our result was 0.01205 poise getting an error of about 20.5%.

Objetivos:- Determinar el coeficiente de Viscocidad del agua usando el frasco de

Mariotte usando el método de Poiseuille.

Introducción:

VISCOSIDAD:Los gases y los líquidos tienen una propiedad conocida como la viscosidad, la cual se puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un liquido, resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia. La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del movimiento de una capa de fluido con respecto a otro y es completamente distinta de la atracción molecular. Se puede considerar como causada por la

fricción interna de las moléculas y se presenta tanto en gases ideales como en líquidos y gases reales.

VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS:Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al flujo que los gases y, en consecuencia, tienen coeficientes de viscosidad mucho mas altos. Los coeficientes de viscosidad de los gases aumentan con la temperatura, en tanto que los de la mayoría de líquidos, disminuyen. Asimismo se ha visto que los coeficientes de viscosidad de gases a presiones moderadas son esencialmente independientes de la presión, pero en el caso de los líquidos el aumento en la presión produce un incremento de viscosidad. Estas diferencias en el comportamiento de gases y líquidos provienen de que en los líquidos el factor dominante para determinar la viscosidad en la interacción molecular y no la transferencia de impulso.La mayoría de los métodos empleados para la medición de la viscosidad de los líquidos se basa en las ecuaciones de Poiseuille o de Stokes. La ecuación de Poiseuille para el coeficiente de viscosidad de líquidos es:

donde V es el volumen del liquido de viscosidad que fluye en el tiempo t a traves de un tubo capilar de radio r y la longitud L bajo una presión de P dinas por centímetro cuadrado. Se mide el tiempo de flujo de los líquidos, y puesto que las presiones son proporcionales a las densidades de los líquidos, se puede escribir como:

Las cantidades t1 y t2 se miden mas adecuadamente con un viscosímetro de Ostwald. Una cantidad definida de liquido se introduce en el viscosímetro sumergido en un termostato y luego se hace pasar por succión al bulbo B hasta que el nivel del liquido este sobre una marca a. Se deja escurrir el liquido el tiempo necesario para que su nivel descienda hasta una marca b y se mide con

un cronometro. El viscosímetro se limpia, luego se añade el liquido de referencia y se repite la operación. Con este procedimiento se obtienen t1 y t2 y la viscosidad del liquido se calcula con la ecuación anterior.INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA:El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de u liquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas; mientras en este ultimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, las viscosidades de los líquidos disminuyen invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Se han propuesto numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad y temperatura como por ejemplo:

donde A y B son constantes para el liquido dado; se deduce que el diagrama de log( ) frente a 1/T seta una línea recta. Se pensó en otro tiempo que la variación de la fluidez con la temperatura resultaría mas fundamental que la del coeficiente de viscosidad; pero el uso de una expresión exponencial hace que la opción carezca de importancia.DENSIDAD:Se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. La densidad de un cuerpo esta relacionado con su flotabilidad, una sustancia flotara sobre otra si su densidad es menor.La gravedad especifica o densidad relativa esta definida como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4 °C. Se representa la gravedad especifica (Ge) y también se puede calcular utilizando cualquier relación de peso de la sustancia a peso del agua.

Equipo:

- Frasco de Mariotte- Tubo Capilar- Recipiente Graduado- Probeta- Cronometro

Procedimiento Experimental:

1. Tal como indico el profesor en el ejemplo experimental que hizo, debemos realizar mínimo 6 experimentaciones con diferentes alturas.

2. Con el medidor de vernier, realizamos las mediciones del largo del tubo por donde saldrá el liquido ya que este influye en las caída de presión y

de la misma manera el area perpendicular a la dirección del flujo y para esto necesitamos el valor del diámetro.

3. Al frasco lo llenamos con agua lo quemas podamos para tatar de conseguir mas datos. Procedemos a colocar el frasco en posición de vaceado.

4. Con un tiempo determinado o midiendo el tiempo para conseguir exactitud, dejamos salir el agua. La cual procederemos a medir la cantidad de agua salida. Para calcular el flujo de salida.

5. Repetimos esto con diferentes alturas tratando que estas no sean muy distantes porque debemos recordar que son 6 los cálculos que debemos realizar.

6. Una vez que ya tengamos cada una de las mediciones obtenidas por cada diapasón, procedemos a llenar la tabla de datos que nos dan y realizamos los cálculos respectivos; para poder realizar la practica Q vs h, la pendiente de esta nos representara un valor grande pero del cual podemos despejar el valor de la viscosidad del agua que debe ser aproximadamente de 0.01 poise.

7. Recordar que cada medición debe ir acompañado de su incertidumbre, lo mismo para cuando hallemos la velocidad debe ir acompañado de su error.

8. Contestar las preguntas que aparecen en para esta práctica.

Resultados:

Tabla de Datos:

H (m)x10−2

V (m3)x10−6 T(s) Q=V/t(m3/s)

x10−5

0.0652 206 9.88 2.085

0.0794 316 10.19 3.101

0.0816 327 10.30 3.175

0.0901 373 10.07 3.704

0.1019 400 10.25 3.902

0.01035 455 10.55 4.313

1)

Q=Vt

Q=206 x10−6

9.88

Q=2.085 x 10−5

δQ= tδV +Vδtt 2

δQ=10 (0.1x 10−6 )+(206 x10−6 ) (0.01)

100

δQ=(1x 10−6 )+ (2.06 x10−6 )

100

δQ=(3.06 x10−6 )

100

δQ=0.03 x10−6

Q=(2.085±0.003) x10−5m3

s2)

Q=Vt

Q=316 x10−6

10.19

Q=3.101 x10−5

δQ= tδV +Vδtt 2

δQ=10 (0.1x 10−6 )+(316 x 10−6 ) (0.01)

100

δQ=(1x 10−6 )+ (3.16x 10−6 )

100

δQ=(4.16 x 10−6 )

100

δQ=0.04 x 10−6

Q=(3.101±0.004) x10−5m3

s3)

Q=Vt

Q=327 x10−6

10.30

Q=3.175 x 10−5

δQ= tδV +Vδtt 2

δQ=10 (0.1x 10−6 )+(327 x 10−6 ) (0.01)

100

δQ=(1x 10−6 )+ (3.027 x10−6 )

100

δQ=(4.27 x 10−6 )

100

δQ=0.04 x 10−6

Q=(3.175±0.004)x 10−5m3

s4)

Q=Vt

Q=373 x10−6

10.07

Q=3.704 x10−5

δQ= tδV +Vδtt 2

δQ=10 (0.1x 10−6 )+(373 x 10−6 )(0.01)

100

δQ=(1x 10−6 )+ (3.73x 10−6 )

100

δQ=(4.73 x10−6 )

100

δQ=0.05 x10−6

Q=(3.704±0.004) x10−5 m3

s5)

Q=Vt

Q= 400 x 10−6

10.25

Q=3.902 x10−5

δQ= tδV +Vδtt 2

δQ=10 (0.1x 10−6 )+(400 x10−6 )(0.01)

100

δQ=(1x 10−6 )+ (4.00 x10−6 )

100

δQ=(5.x 10−6 )100

δQ=0.05 x10−6

Q=(3.902±0.005) x10−5 m3

s6)

Q=Vt

Q= 455 x 10−6

10.55

Q=4.313 x10−5

δQ= tδV +Vδtt 2

δQ=10 (0.1x 10−6 )+(455 x10−6 )(0.01)

100

δQ=(1x 10−6 )+ (4.55 x10−6 )

100

δQ=(5.55 x10−6 )

100

δQ=0.06 x 10−6

Q=(4.313±0.006)x 10−5 m3

s

Datos para la gráfica

Pendiente del Gráfico.

m=∆ y f y∆ x f x

m=(2∗0.3 ) x10−5

(4∗0.2 ) x 10−2

m=(0.6 ) x10−5

(0.8 ) x10−2

m=7.55 x10−4

δy=0.3 x10−6

δx=¿ 0.8x10−3

δm= xδy+ yδxx2

Q=V/t(m3/s)x10−¿¿ H (m)x10−2

2.085±0.03 6.52 ± 0.01

3.101±0.04 7.94 ± 0.01

3.175±0.04 8.16 ± 0.01

3.704±0.04 9.01 ± 0.01

3.902±0.05 9.84 ± 0.01

4.313±0.06 10.19 ± 0.01

δm=(4 ) (0.3 x10−6 )+(2)(0.8x 10−3)

16

δm=(1.2x10−6 )+(1.6x 10−3)

16

δm=(1.6 x10−3)16

δm=1.x 10−4

m= (7.55±1.00) x10−4ms

Valor experimental de la viscosidad

m= π r4 ρg8Lη

η=π r4 ρg

8 Lm

η=π (3.9 x10−3 )4(1000)(9.8)8(0.0975)(7.55 x10−4)

η=π (2.31 x10−10)(9800)

8(7.36 x 10−5)

η=π (2.26 x 10−6)

(5.89 x 10−4)

η= (7.1 x10−6)(5.89 x 10− 4)

η=0.01205

δη=η ( 4δrr

+ δLL

+ δmm

)

δη=0.01205 ( 4(0.025)0.39

+ 0.019.75

+ 17.55

)

δη=0.01205 ( (0.01 )0.39

+1.026 x10−3+0.13)

δη=0.01205 (0.026+0.131)

Discusión:

A lo largo de esta practica no es muy difícil notar la lo ya antes dicho, la importancia de las mediciones y el proceso tomar correctamente todas las mediciones.

En el experimento realizado podemos notar que hemos obtenido un error relativo del 20.5% el cual se encuentra fuera del rango aceptable de las practicas de laboratorio.

Este lamentable error se debe a la falta precisión que tuvimos los experimentadores al momento realizar las diferentes experimentaciones y también de colocar correctamente la altura a la que se encontraba el agua; a pesar de que fuimos bastantes los participantes, esta práctica es un poco complicada debido a las pequeñas mediciones que se realizaron. Además el instrumento utilizado para medir el volumen de agua salido fue un vaso de precipitación no muy preciso a todo esto se suma el error de haber desplazado la altura h mucho y esto género que al momento de conseguir los valores el agua sobrepase el nivel dejando de funcionar este valor; lo recomendable era conseguir 7 datos y luego proceder con la gráfica, nosotros solo pudimos conseguir 6, y quizás con ese últimos punto en nuestra grafica la tendencia de la recta pudo haber cambiado lo necesario como para acercarnos mas al valor real.

Esta práctica necesita de máxima precisión, lo que la diferencia de las demás es que el valor a obtener es de 0.01 y solamente 2 milésimas en el resultado generaría un error de 20% como nos ocurrió a nosotros en la presente práctica.

Para obtener estos resultados, tuvimos que aplicar diferentes conceptos ya aprendidos en nuestras clases teóricas, tales como las formulas con las que obtuvimos los valores respectivos del caudal. Que es la razón de cambio entre el volumen salido y el tiempo.

En la clase de laboratorio aplicamos otros conceptos y realizamos la gráfica lineal de Q vs H, la cual después de realizarle el respectivo análisis matemático logramos encontrar el valor q obtendremos de pendiente es el correspondiente valor de razón entre pi, el radio a la cuarta, la densidad y la gravedad entre la longitud y la viscosidad; y con esta fórmula nosotros podemos despejar el valor de la viscosidad y así obtener nuestro valor experimental. que de acuerdo a nuestro resultado podemos que esta práctica no fue tan exitosa, ya que el valor q obtuvimos está muy alejado al teórico de este mismo.

Conclusiones:

En base al desarrollo de la práctica y al resultado de la misma, podemos concluir lo siguiente:

- Se calculó experimentalmente el valor de la viscosidad del agua, utilizando el método de Poiseuille

- Se analizó la variación del caudal dependiendo de la altura a la que se encuentre el tubo.

- Por medio de conocimientos previos se logró calcular todo los valores necesarios con sus respectivas incertidumbres.

- Se concluyó que el método de Poiseuille es el más apropiado para calcular la viscosidad de cualquier fluido liquido.

Bibliografía:Guía de Laboratorio de Física B, ESPOL, 2012

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