Informe de Laboratorio de Materiales - Practica 2 - Densidad

Prof. Mayurlen Marcano Fecha: 07 / Abril / 2015

Universidad Nororiental Privada Gran Mariscal de Ayacucho Ncleo Ciudad Guayana Facultad de Ingeniera Ctedra: Laboratorio de Materiales Seccin: 2S1303 Nombre: Jorge Luis Quintero Sieglett

Cedula de identidad: V-12.644.547 Prctica No 2 Densidad

Objetivos: *Realizar diferentes mtodos para calcular la densidad de un lquido y de solidos regulares e irregulares.

Fundamentos tericos

Densidad: es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se simboliza mediante la letra rho del alfabeto griego. Tipos de densidad

Absoluta: Es la magnitud que expresa la relacin entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por metro cbico (kg/m), aunque frecuentemente tambin es expresada en g/cm. La densidad es una magnitud intensiva.

=

Siendo , la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia.

Relativa: Es la relacin existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)

=

0

Donde r es la densidad relativa, es la densidad de la sustancia, y o es la densidad de referencia o absoluta. Para los lquidos y los slidos, la densidad de referencia habitual es la del agua lquida a la presin de 1 atm y la temperatura de 4 C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m, es decir, 1 kg/dm. Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presin de 1 atm y la temperatura de 0 C.

Media y puntual: Para un sistema homogneo, la expresin masa/volumen puede aplicarse en cualquier regin del sistema obteniendo siempre el mismo resultado.

Sin embargo, un sistema heterogneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. En este caso, hay que medir la "densidad media", dividiendo la masa del objeto por su volumen o la "densidad

puntual" que ser distinta en cada punto, posicin o porcin "infinitesimal" del sistema, y que vendr definida por:

= lim0

=

Aparente: La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales de constitucin heterognea, y entre ellos, los porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogneos con intersticios de aire u otra sustancia, de forma que la densidad total de un volumen del material es menor que la densidad del material poroso si se compactase. En el caso de un material mezclado con aire se tiene:

=

= + +

La densidad aparente de un material no es una propiedad intrnseca del material y depende de su

compactacin. La densidad aparente del suelo ( ) se obtiene secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105 C hasta peso constante. Unidades Las unidades de medida ms usadas son:

En el Sistema Internacional de Unidades (SI): kilogramo por metro cbico (kg/m). gramo por centmetro cbico (g/cm). kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por

decmetro cbico. gramo por mililitro (g/mL), que equivale a

(g/cm). Para los gases suele usarse el gramo por

decmetro cbico (g/dm) o gramo por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales:

= 0,082

En el Sistema anglosajn de unidades: onza por pulgada cbica (oz/in) libra por pulgada cbica (lb/in)


libra por pie cbico (lb/ft) libra por yarda cbica (lb/yd) libra por galn (lb/gal) libra por bushel americano (lb/bu)

Medicin La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtencin indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un lquido, entre otros mtodos.

Los instrumentos ms comunes para medir la densidad son:

El densmetro, que permite la medida directa

de la densidad de un lquido. El picnmetro, que permite la medida precisa

de la densidad de slidos, lquidos y gases (picnmetro de gas).

La balanza hidrosttica, que permite calcular densidades de slidos.

La balanza de Mohr (variante de balanza hidrosttica), que permite la medida precisa de la densidad de lquidos.

Otra posibilidad para determinar las densidades de lquidos y gases es utilizar un instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante. Cuya frecuencia de resonancia est determinada por los materiales contenidos, como la masa del diapasn es determinante para la altura del sonido. Formas de medir densidades:

Densidades de slidos: A) Balanza y Probeta B) Balanza Hidrosttica C) Picnmetro: Slidos pulverulentos

A) Balanza y probeta: Con la balanza determinamos la masa del cuerpo y su volumen se mide por el aumento de volumen del agua de la probeta graduada al introducir el cuerpo en ella.

B) Balanza hidrosttica: La balanza hidrosttica se basa en el Principio de Arqumedes. Primeramente se calcula la masa del cuerpo, M, depositndolo sobre el platillo de la balanza. A continuacin se suspende el cuerpo de un soporte y se introduce en un vaso o probeta lleno de agua sumergindole totalmente, y viendo el empuje que experimenta, E. Peso del cuerpo = M*g Empuje = Peso del volumen de agua desalojada por el cuerpo sumergido = d*g*V, siendo d la densidad del agua = 1 g/cm

3

La DENSIDAD es el cociente: =

=

=

C) Picnmetro: Slidos pulverulento: Este mtodo es de gran utilidad para el clculo de la densidad de productos pulverulentos, como puede ser: cemento, arena, etc. El Picnmetro es un recipiente de vidrio provisto de un tapn con un tubo capilar marcado con un enrase en su parte superior. Por medio de la balanza se realizan las siguientes pesadas: 1) Peso del slido: M1 2) Peso del Picnmetro lleno de agua destilada: M2 3) Peso del Picnmetro con agua destilada y el slido: M3 Al realizar las pesadas con el Picnmetro se llena de agua destilada hasta la seal de enrase, si sta es sobrepasada se introduce un palillo hecho con papel de filtro para absorber el lquido sobrante. Hay que procurar secar el picnmetro por fuera, con un pao o papel de filtro.

=

=

1 + 2 3

siendo d la densidad del agua = 1 g/cm

3

= 1

1 + 2 3

Densidades de lquidos: A) Balanza Hidrosttica B) Picnmetro C) Densmetro

A) Balanza hidrosttica: Se suspende el cuerpo de la balanza y se equilibra la balanza mediante pesas M1. Se sumerge el cuerpo en agua y se vuelve a equilibrar la balanza, M2. Por ltimo se sumerge el


cuerpo en el lquido estudiado y equilibramos la balanza M3. - Lquido desplazado por el volumen del cuerpo:

M1 - M3 - Agua desplazada por el mismo volumen:

M1 -M2 B) Picnmetro: Se emplea el mismo aparato descrito para determinar la densidad de un slido. Para medir la densidad de lquidos realizamos las siguientes pesadas: 1) Picnmetro vaco: M1 2) Picnmetro con agua destilada: M2 3) Picnmetro con el lquido problema: M3

M2 - M1 = V*da M3 -M1 = V*dp

Dividiendo ambas

2 13 1

=

pero como da = 1 g/cm

3

C) Densmetro: Son varillas flotadoras huecas, con lastre en la parte inferior y graduadas en densidades. Se fundamentan en el principio de Arqumedes. Cuanto menor es la densidad de un lquido tanto ms se hunde en l los densmetros. Ventajas y desventajas de los mtodos

1) Hidrmetro Ventajas:

Mtodo sencillo Medicin rpida Instrumento econmico Hay disponibles instrumentos especiales

para la lectura directa del porcentaje de alcohol, azcar o de otros valores relacionados con la densidad.

Desventajas: Vidrio fcil de romper Rango de medicin muy pequeo. Las lecturas dependen del operario. Se requiere un gran volumen de muestra. Difcil de limpiar y secar. Sin protocolo de medicin.

Aplicaciones principales:

Control rpido de valores de densidad aproximados.

Adecuado para la medicin del mismo tipo de muestra.

No es adecuado para muestras caras, ya que requiere un gran volumen.

2) Picnmetro Ventajas:

Mtodo sencillo Instrumento econmico Hay disponibles instrumentos especiales

para la lectura directa del porcentaje de alcohol, azcar o de otros valores relacionados con la densidad.

Desventajas: Vidrio fcil de romper Las lecturas dependen del operario. Se debe calcular la densidad.


Control de produccin, donde se requiere ms precisin.

Educativo: que es la densidad y como se mide.

No es adecuado para muestras caras, ya que requiere un gran volumen.

3) Densmetro digital Ventajas:

Gestin del usuario incorporada con lector de huellas dactilares opcional

Gestin de producto incorporada con control de calidad automtico.

Automatizacin, cambiador de muestras, ordenador.

Desventajas: Caro


Control de calidad de productos finales.

Factores que influyen en la densidad Son el peso del objeto (o sustancia) y el volumen que ocupa en el espacio, tambin llega a influir la presin ambiental y la temperatura, debido a que estos dos ltimos pueden llegar a variar el volumen del objeto. La densidad es una propiedad fsica intensiva (o sea no depende de la cantidad de sustancia medida), mientras que tanto la masa como el volumen son propiedades extensivas (s dependen de la cantidad medida).

Tablas de densidades Densidades de algunos slidos, lquidos y gases comunes a 20C y 1 atm.


Solidos:

Sustancia o Material Densidad (gr/cm3)

Cobre 8,93

Vidrio 2,2 2,7

Oro 19.3

Plomo 11,35

Nquel 8,8

Platino 21,46

Plata 10,5

Tungsteno 19,4

Uranio 19,1

Madera 0,12 1,3

Cinc 7,15

Acero 7,8

Aluminio 2,7

Hueso 1,6

Granito 2,7

Plomo 11,3

Hielo 0,92

Lquidos:


Etanol 0,79

ter 0,74

Glicerina 1,26

Aceite 0,8 0,95

Agua dulce 0,99

Agua de mar 1,02

Nitroglicerina 1,6

Acetona 0,79

cido ntrico 1,55

cido sulfrico 1,83

Gasolina 0,7

Cloroformo 1,49

Bromo 3,12

Plasma sanguneo 1,03

Sangre 1,05

Cloroformo 1,483

Mercurio 13,55

Gases


Aire 1,29 x 10-3

Amoniaco 0,77 x 10-3

Bixido carbono 2,0 x 10-3

Helio 0,18 x 10-3

Hidrogeno 0,09 x 10-3

Oxigeno 1,43 x 10-3

Nen 0,9 x 10-3

Nitrgeno 1,25 x 10-3

Vapor de agua 0,01 x 10-3

Argn 1,78 x 10-3

Bixido carbnico 1,98 x 10-3

Ozono 2,14 x 10-3

Cloro 3,22 x 10-3

Criptn 3,74 x 10-3

Gravedad especifica: Es la razn entre la densidad de dicha sustancia y la densidad del agua a 4.0 C. Puesto que la gravedad especfica es una razn, es un simple nmero sin dimensin eso unidades. La densidad del agua es 1,00 g/cm

3 = 1,00 x 10

3

kg/m3, as que la gravedad especifica de cualquier

sustancia ser igual, numricamente , a su densidad especifica en g/cm

3, o 10

-3 veces su densidad

especifica en kg/m3.

Viscosidad: Es la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales, es decir, es la resistencia de un lquido a fluir. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. La viscosidad solo se manifiesta en lquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como la relacin existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinmica. Generalmente se representa por la letra griega . Se conoce tambin otra viscosidad, denominada

viscosidad cinemtica, y se representa por . Para calcular la viscosidad cinemtica basta con dividir la viscosidad dinmica por la densidad del fluido.

=


La medida de la viscosidad se expresa comnmente con dos sistemas de unidades SAYBOLT (SUS) o en el sistema mtrico CENTISTOKES (CST). La unidad fsica de la viscosidad dinmica, de acuerdo al Sistema Internacional de Unidades, recibe el nombre de pascal-segundo (Pas), que corresponde exactamente a 1 Ns/m o 1 kg/(ms). El poise, por otra parte, es la unidad del sistema cegesimal de unidades para la viscosidad dinmica, 1 poise (P) 1g(scm)

1 1 dinascm

2 0,1 Pas

La importancia de la viscosidad correcta La viscosidad es la caracterstica ms importante de la lubricacin de cualquier mquina. Si la viscosidad del aceite es muy baja para la aplicacin, el desgaste es mayor por falta de colchn hidrodinmica. Si la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicacin, el consumo de energa es mayor, el desgaste puede ser mayor por falta de circulacin y el aceite se calentar por friccin. Solamente la viscosidad correcta maximizar la vida til y la eficiencia del motor, transmisin, sistema hidrulico o lo que sea la aplicacin. Normalmente se habla de viscosidad ISO para aceites industriales y viscosidad SAE para aceites automotriz. Los trminos de viscosidad ISO y SAE no implican ninguna combinacin de aditivos ni propsito especfico. Solamente refieren a la viscosidad. Tablas de viscosidad

Fluido Temperatura

Viscosidad

Poises Poisevilles

C (dina-s/cm) (N-s/m)

Lquidos

Acetona 25 3,16 x 10 3,16 x 104

Plasma sanguneo

37 1,5 x 10 1,5 x 10

Sangre 37 4 x 10 4 x 10

Etanol 20 1,20 x 10 1,20 x 10

ter 20 2,33 x 10 2,33 x 104

Glicerina 20 14,9 1,49

Mercurio 20 1,55 x 10 1,55 x 10

Aceite ligero de maquina

16 1,13 0,113

Gases

Aire 0 1,71 x 104 1,71 x 10

5

18 1,83 x 104 1,83 x 10

5

40 1,90 x 104 1,90 x 10

5

Helio 20 1,94 x 104 1,94 x 10

5

Vapor de agua 100 1,25 x 104 1,25 x 10

5

Peso especfico Se le llama peso especfico a la relacin entre el peso de una sustancia y su volumen. Su expresin de clculo es:

siendo,

, el peso especfico;

, el peso de la sustancia;

, el volumen de la sustancia;

, la densidad de la sustancia; , la masa de la sustancia;

, la aceleracin de la gravedad. Unidades del Peso especfico En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se lo expresa en newtons por metro cbico: N/m

3.

En el Sistema Tcnico se mide en kilogramosfuerza por metro cbico: kgf/m

3.

En el SIMELA se expresa en newtons por metro cbico: N/m

3.

Como el kilogramofuerza representa el peso de un kilogramo en la Tierra, el valor numrico de esta magnitud, expresada en kgf/m

3, es el mismo que el

de la densidad, expresada en kg/m3.

Por ende, est ntimamente ligado al concepto de densidad, que es de uso fcil en unidades terrestres, aunque confuso segn el SI Tablas de peso especfico

Materiales N/m3 Materiales N/m3

Metales Lquidos

Acero 7850 Agua 1000

Aluminio 2700 Asfalto 1300

Bronce 8600 Alquitrn 1200

Cobre 8900

Nquel 8900

Plomo 11400


Materiales y equipos

Dos (02) cilindros graduados de 100 ml y 500 ml.

Dos (02) vasos de precipitado de 250 ml y 500 ml.

Una (01) balanza manual, marca ohaus, capacidad de 2.610 gr x 0,1 gr / 5 lbs.

Una (01) regla de 30 cm.

Varias muestras metlica de formas regulares e irregulares.

Procedimiento experimental

1. Escuche atentamente la explicacin del profesor acerca de las normas a seguir en la prctica.

2. Separe los cuerpos regulares de los irregulares. 3. Mida la masa de todos los objeto, con la balanza manual y regstrelo en la tabla de

resultados experimentales. 4. Con el vernier mida los objetos regulares y regstrelos. 5. Registre el volumen del vaso de precipitado con agua. 6. Introduzca por separado los slidos regulares e irregulares en el vaso de precipitado y

registre los datos obtenidos. 7. Tome otro vaso de precipitado y pselo, tome nota de los datos obtenido, agregue

agua (50ml) y pese de nuevo el vaso. 8. Calcule la diferencia de peso del vaso de precipitado. 9. Realice los clculos necesarios en las experiencias.

Clculos y resultados

Datos Experimentales

Regulares Irregulares

Solidos Aluminio (Al) Hierro (Fe) Aluminio (Al) Hierro (Fe)

Masa (gr) 52 49,7 20 24,4

Regulares Irregulares

Solidos Aluminio (Al) Hierro (Fe) Aluminio (Al) Hierro (Fe)

Vol. 1 (ml) ** ** 400 40

Vol. 2 (ml) ** ** 405 43

Lquidos Peso V. vaco Peso V. H2O Masa H2O Volumen H2O

Masa (gr) 98,5 150 51,5 50 ml

Clculos y Resultados

Experiencia No.1

Regulares

Solidos Aluminio (Al) Hierro (Fe)

Masa (gr) 52 49,7

Volumen (ml) 14,14 6,67

Densidad (gr/ml) 3,678 7,447


Experiencia No.2

Irregulares

Solidos Aluminio (Al) Hierro (Fe)

Volumen 1 (ml) 400 40

Volumen 2 (ml) 405 43

Vsolido (ml) 5 3

Masa (gr) 20 24,4

Densidad (gr/ml) 4 8,133

Experiencia No.3

Lquidos Datos

Peso Vaso Vaco (gr) 98,5

Peso Vaso con H2O (gr) 150

P H2O (gr) 51,5

Volumen H2O (ml) 50

Densidad (gr/ml) 1,03

Anlisis de resultados

Luego de obtenidos los resultados, se puede observar y concluir que los resultados fueron dispersos; el

valor de la densidad terica del aluminio, es de 2,7 gr/ml, y el valor experimental en ambas experiencias fue

de 3,67 y 4 gr/ml, presentando una leve desviacin; con respecto a la densidad terica del hierro, es de 0,99

gr/ml, y el valor experimental en ambas experiencias fue de 7,44 y 8,13 gr/ml, presentando una desviacin

mucho ms marcada; cuando analizamos las cuatro experiencias llegamos a la conclusin que pudieron

estar involucrados muchos aspectos que hicieron variar los valores, en el caso ms notorio, el del hierro,

adicionalmente se estima que el xido y las impurezas encontradas en las piezas estudiadas, afectaron los

resultados. En cuanto a la experiencia nmero 3, el valor obtenido fue mucho ms cercano al valor terico,

lo que nos dice que los errores cometidos y las impurezas del agua afectaron levemente la experiencia.

Conclusin

Se logr adquirir mayor habilidad en la determinacin de densidades, para que en ocasiones prximas a hacer del procedimiento un mtodo ms eficiente. Determinamos la densidad de slidos utilizando dos mtodos sencillos pero que nos permiten hallar la densidad de la sustancia problema.

Bibliografa

MOTT, Robert; MECNICA DE FLUIDOS; Editorial Addison- Wesley Iberoamericana MICKEL y GROTCH. FSICA PARA CIENCIAS E INGENIERA; Editorial Harla.

http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad

http://www.monografias.com/trabajos93/practica-densidad/practica-densidad.shtml#ixzz3VsTgLVz9

https://alejandrobecerraecci.wordpress.com/1-corte/densidad/tabla-de-densidades/

http://www.fisica.uson.mx/manuales/mecyfluidos/mecyflu-lab10.pdf

http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448146263.pdf

http://www.atpplleal.com/Pujat/file/DENSIDAD%20Y%20PESO%20ESPECIFICO.pdf

http://definicion.de/viscosidad/#ixzz3X2ScFP27

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