Fiqui Viscosidad

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE FISICOQUÍMICA

LABORATORIO DE FISICOQÚIMICA I

Viscosidad y densidad de liquidos

PROFESOR:

GARCÍA VILLEGAS, Victor

INTEGRANTES:

1. Echevarria Urbizagastegui Enzo Eder 13070169

2. Saavedra Casco Yesenia Luz 13070200

Fecha de realización de la práctica: 23/09/14

Fecha de entrega de informe: 30/09/14

Lima-Perú

2014-II

MAR02FQ1-A

1

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

ContenidoRESUMEN........……………………………………………………………..2

INTRODUCCIÓN.…..…………………......………………………………..3

FUNDAMENTOS TEORICOS...............................................................4

MATERIALES Y REACTIVOS……………………………………………..5

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL………………………….…….....8

CÁLCULOS Y RESULTADOS...............................................................9

DISCUCIÓN DE RESULTADO..……………………..…………………..13

CONCLUSIONES………………………………………………………….14

CUESTIONARIO…………………………………………………….…15

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………….17

2


RESUMEN

La experiencia de esta semana fue realizada a una presión de 756mmHg, una temperatura ambiente de 18°C y 97% de humedad.

El objetivo de la práctica fue determinar la viscosidad y la densidad de un líquido, lo cual realizamos con el llamado método Stormer, y un método muy exacto para determinar densidades de líquidos y sólidos el cual es el método del picnómetro.

En primer lugar el método de Stormer, consistió en medir el tiempo que tarda en dar 100 revoluciones una hélice introducida en la muestra cuyo giro se vio impulsado debido a las pesas variables colgadas a un extremo, para después con los respectivos cálculos poder determinar la viscosidad absoluta que posee.

Para determinar la densidad se usó el método del picnómetro el cual consiste en pesar un picnómetro con y sin muestra para después por diferencias de masa hallar la masa del líquido y relacionarla con su volumen, calculando así su gravedad específica para luego relacionarla con la densidad el agua a Temperatura ambiente, y otra a una temperatura de 30ºC, obteniendo el valor de la densidad absoluta de la solución estudiada.

Finalmente los datos obtenidos en el la determinación de la viscosidad absoluta pasaron a un análisis gráfico.

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INTRODUCCIÓN

Definimos a la viscosidad como la resistencia experimentada por una porción de un líquido cuando se desliza sobre otra. La viscosidad puede expresarse como absoluta cuando que viene a ser la fuerza por unidad de área para mantener una gradiente de velocidad, cinemática cuando se divide entre la densidad o relativa cuando tiene un patrón de comparación. En lo que concierne a densidad podemos definirla como la masa por unidad de volumen, a esta la llamamos densidad absoluta; y la llamaremos relativa o gravedad específica a la relación entre las densidades absolutas con un patrón de comparación, que generalmente es el agua a 4 °C.

Conforme vayamos afianzado nuestros conocimientos en lo que respecta a densidad y viscosidad de líquidos, vamos a poder notar que la viscosidad es de gran importanciaen la ingeniería, por mencionar una área, podemos decir que en el área de flujo de fluidos, que es una rama de la ingeniería, nos dice la resistencia que presentara un fluido a ser trasportado de un ponto a otro, al diseñar por ejemplo una red de tubería se debe de tener presente la viscosidad del fluido que será trasportado para determinar la bomba, o bombas que serán necesarias para su trasporte.

En el trascurso de nuestra carrera Conocer la viscosidad de un fluido será importante en para el diseño de equipo de procesos, por ejemplo, para diseñar bombas, intercambiadores de calor, secadores, etc.

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FUNDAMENTOS TEORICOS

1) Viscosidad: resistencia de un líquido o un gas a fluir, resultante de los efectos combinados de cohesión y adherencia. El coeficiente de viscosidad η es el parámetro que caracteriza la viscosidad, y se puede medir utilizando instrumentos llamados viscosímetros.1.1) Viscosidad Absoluta: 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. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.

η= τdv /dx

Uno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el Viscosímetro Stormer. 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.

Plataforma

Móvil

Tacómetro

Portapesas

Cilindro Fijo

Rotor

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1.2) Viscosidad Cinemática: Relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido. Esta suele denotarse como “D”. Algunas de las unidades para expresarla son el m2/s, el stoke (St) y el centistoke (cSt), siendo las equivalencias las siguientes: 1 m2/s = 10000 St = 1x106 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.

D=η/ ρ1.3) Fluidez: Se define como la inversa de la viscosidad absoluta. Se expresa

en rhes: cm.s.g-1.1.4) Viscosidad Relativa: Se define como la relación entre la viscosidad de una

sustancia y un líquido de referencia, No tiene unidades.

- Para convertir la viscosidad de la muestra desde segundos por 100 revoluciones a viscosidad absoluta y reportar el valor en centipoises, se usa la siguiente expresión:

η=Km(t−a)

η : viscosidad absolutaexpresadaen centipoises . K : factor constante del instrumento . m :masaimpulsora en gramos . t : tiempo en segundos, para100 revoluciones . a : factor de tiempo parala correcciónmecánicadel aparato .

2) Densidad: Magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3).2.1)Densidad Absoluta: Se define como la masa por unidad de volumen de una sustancia, Depende de la temperatura y presión, para los líquidos y solidos la temperatura se indica como un exponente: pt.

2.2)Densidad Relativa o Gravedad Específica: Se denomina así a la relación existente entre las densidades absolutas o las masas específicas de las

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sustancias, una de las cuales se toma como patrón. También se llama así a la relación entre las masas de volúmenes iguales de una sustancia y la sustancia patrón. Para los sólidos y líquidos se toma como patrón el agua pura a 4°C.

2.3)Determinación de la Densidad de Líquidos: El método más exacto para determinar las densidades de líquidos y sólidos es el del picnómetro, el cual consiste en pesar el mismo volumen de muestra y liquido de referencia (generalmente agua); para los sólidos el procedimiento se modificara incluyéndose pesadas del sólido y del solido decantado con agua. Para lograr resultados mejores se deberá realizar una corrección de pesos.

- Picnómetro: Matraz con un tapón de vidrio esmerilado que contiene un capilar en la parte central del mismo. Esto permite medir con mayor precisión el volumen de un líquido, y por ende, ayudar a que la densidad de un fluido sea correctamente obtenido utilizando un balance analíticamente equilibrado.

.

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MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES.-

REACTIVOS.-

-Muestra problema , muestra patrón de Glicerina, y agua destilada.

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL

-Viscosimetro Stormer,

con pesas de 25 a

500g.

-Vaso de 250mL.

-Termómetro

-Cronómetro

-Picnómetro

-Cocinilla

-Vaso de 100mL.

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1. Determinación de la viscosidad de Líquidos

a Comprobar que el viscosímetro se encuentre en una posición horizontal fija sobre una mesa o estante.

b Llene en un vaso seco de aproximadamente 250mL de la muestra patrón de glicerina para llevarlo a 25°C, estimando que ésta será nuestra temperatura a trabajar como referencia a la ambiental. Colocar el vaso en el soporte del equipo y fijarlo a una altura tal que la muestra llegue a la marca de la hélice, la cual debe quedar en el centro del vaso de tal manera que no roce ni con las base ni con las paredes del vaso.

c Colocamos las pesas necesarias en la porta pesas, para así obtener las revoluciones en un tiempo determinado. En primer lugar usamos un peso de 100g, lo cual ya tiene incluido al peso de la porta pesas.

d Con el Cronometro en mano, liberamos el freno y simultáneamente observamos el movimiento del puntero y medimos el tiempo necesario para completar 100 revoluciones. Repetimos el procedimiento 1 veces más, para obtener un promedio.

e Repetimos c) y d) para otro juego de pesas equivalentes a 125, 150 y 175 g.f Finalmente, repetimos b) c) y d) para la solución problema, en este caso

solo requiere un juego de pesas, el cual debe elegir a fin de obtener una lectura de tiempo adecuada.

2. Determinación de la densidad de la glicerina mediante el método del Picnómetro.

a Lavamos el Picnómetro con agua destilada y secamos en estufa.b Una vez frio el picnómetro, pesarlo para obtener así el peso del picnómetro

vacío (W1), luego llenar con agua destilada y sumergirlo en un baño maría por unos minutos para obtener una temperatura de 25°C. Una vez obtenido la temperatura pesar el picnómetro con agua destilada a 25°C para obtener el peso del picnómetro con el agua destilada (W2).

c Retirar el picnómetro de la balanza y repetir el procedimiento anterior pero ahora ya no con agua destilada, si no con Glicerina.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

A) DATOS

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Tabla N°1: Condiciones de laboratorio aproximadas

P(mmgh) 756T(°C) 19%Humedad 98

1. Viscosidad:

Tabla n°2: Glicerina Qp

m(g) t(s)100 22.78125 20.23150 18.37175 16.64

Tabla n°3: Solución de glicerina

m(g) t(s)100 17.53150 11.46

Con los datos teóricos de n/m, en cp, se traza la gráfica n/m vs. t:

n/m t1.5/0.1=15 22.78

1.5/0.125=12 20.231.5/0.15=10 18.37

1.5/0.175=8.57 16.64

10


8 9 10 11 12 13 14 15 160

5

10

15

20

25

n/m vs. t

Realizando la regresión lineal tenemos:

y = 0.9413x + 8.7811

Pendiente=0.9413

Intercepto=-8.7811

nm

=0.9413 t−8.7811=Kt−KaK=0.9413a=−9.3287

Reemplazando en la ecuación, los valores obtenidos de la solución de glicerina:

n0.1

=0.9413 (22.78 )−8.7811

n=1.2662

Obteniendo así la viscosidad de la solución de glicerina.

2. Densidad

Tabla n°4: pesos del picnómetro con agua y glicerina

W1 (pic.) W1 (pic. + H2O)

W1 (pic. Húmedo)

W1(pic.+ glicerina)

T=30°C 10.4192 20.9386 10.4733 23.0773T(amb)=18°C 10.4936 20.9624 10.4679 23.1098

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Con los datos obtenidos mediante el método del picnómetro, se calcula la densidad de la glicerina

I. A la temperatura de 30°C, primero hallamos las gravedad especifica (Ge):

¿30 °30 °= w4−w3

w2−w1

Reemplazamos en los datos:

¿30 °30 °=23.0773 g−10.4733 g

20.9386 g−10.4192g

¿30 °30 °=1.1982

Ahora hallamos la densidad la densidad de acuerdo a:

ρ30 °≅ ¿430 °=¿30 °

30 °∗(ρ¿¿T 1)agua( ρ¿¿4)agua¿

¿

ρ30 °=1.1982∗0.9988g /mL1 g/mL

ρ30 °=1.1968

II. Densidad de la glicerina a la temperatura de 18°C (amb), primero hallamos las gravedad especifica (Ge):

¿18 °18 °= w4−w3

w2−w1

Reemplazamos en los datos:

¿18 °18 °=23.1098 g−10.4679g

20.9624 g−10.4936 g

¿18 °18 °=1.2076

Ahora hallamos la densidad la densidad de acuerdo a:

ρ18 °≅ ¿418 °=¿18 °

18 °∗(ρ¿¿T 1)agua( ρ¿¿4)agua¿

¿

ρ18 °=1.2076∗0.9988 g/mL1g /ml

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ρ18 °=1.2062

Con los datos obtenidos, podemos usar la fórmula de interpolación:

ρglicerina30= ρglicerina18

1−β (18−30 )1.193= 1.2059

1−β (18−30 ) β=9.0109 x 10−4

Donde β es constante

Entonces tenemos la ecuación:

ρglicerinax= ρglicerina y

1−9.0109x 10−4 ( y−x )

Con la cual podemos hallar la densidad de la glicerina a cualquier temperatura teniendo una como patrón.

Calculamos el porcentaje de error de las densidades obtenidas:

T=30°:

%Error= ρglicerina30 teo .−ρglicerina30 exp .ρglicerina30 teo.

x100

¿ 1.25495−1.19821.25495

x 100=4.52%

T=18° (amb):

%Error= ρglicerina18 teo .−ρglicerina18 exp .ρglicerina18 teo.

x100

¿ 1.26108−1.20761.26108

x100=4.24%

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

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El método del picnómetro, es un método sencillo, práctico y muy preciso para determinar la densidad de un líquido a diferentes temperaturas.

Notamos que la densidad de un líquido disminuye, conforme la temperatura aumenta, se aprecia en grafica log() vs 1/T

También notamos que cuando la temperatura aumenta la viscosidad disminuye.

La misma concentración de la solución, nos generó resultados diferentes de viscosidad. Esto hizo que la viscosidad varíe en ciertas proporciones con respecto a la muestra pura (100%).

El porcentaje de error tiene mucho que ver con los tiempos hallados con el viscosímetro de Ostwald (teorico) y la determinación de la densidad de la sustancia pura a una temperatura de 20°C, ya que estos valores luego son utilizados para determinar las viscosidades de las sustancias

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CONCLUSIONES

Se determinó experimentalmente la viscosidad de la glicerina (muestra), la cual es 1.2662

La densidad hallada experimentalmente de la glicerina a la temperatura de 18°C es 1.2076 yde la glicerina a 30°C es 1.1982

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Anexo

Cuestionario

1) ¿Cómo se calcula la viscosidad de líquidos usando monogramas? Dar un ejemplo

Una forma para calcular la viscosidad de esta manera se necesita un % de error de viscosidad, teniendo ese porcentaje se trabaja con la teórica que es proporcionada por el monograma y despejas la que se busca:

% error=(ηteorico−ηexperimental)

ηterico

2) En la formación de soluciones, ¿cómo varía la viscosidad?

De acuerdo al experimento de viscosidad, la viscosidad de la solución de glicerina fue menor a la viscosidad de la glicerina químicamente pura (Qp), de esto, se puede deducir que al diluir una sustancia, esta pierde su viscosidad a mayor dilución.

3) Indique otros métodos experimentales para la determinación de la viscosidad de líquidos, dando una breve explicación

a) Viscómetro de tubo capilar.- Consiste en medir intervalos de tiempo de paso de fluido a travez de un tubo capilar.

b) Viscómetro de Ostwald.- Es el modelo que más se ha utilizado en la medida de viscosidades absolutas y relativas en líquidos puros y biológicos, en sus mezclas y, especialmente, en fluidos newtonianos.Se basa en la ley de Poisseuille que permite conocer la velocidad de flujo de un líquido a través de un tubo, en función de la diferencia de presiones bajo las que se establece el desplazamiento.

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c) Viscómetro de Searle.- Permite hacer una medida absoluta de la viscosidad, por ejemplo las mejores medidas absolutas de la viscosidad del aire se han hecho con un aparato de este tipo, alcanzándose una gran precisión. Sin embargo un viscosímetro como el de Searle, para ciertas velocidades de rotación, el flujo puede llegar a ser inestable ya que se forma un torbellino en forma de toros coaxiales a los dos cilindros (torbellinos de Taylor) que pueden dar resultados erróneos.Se utiliza con frecuencia para las medidas relativas de líquidos muy viscosos, de suspensiones, de pinturas, de productos alimenticios, etc.

d) Viscómetro de caída de Bola.- Cuando un cuerpo cae en un fluido bajo la influencia de la gravedad, se acelera hasta que su peso queda balanceando por la fuerza de flotación y la fuerza de arrastre viscosa que actúa hacia arriba, esta velocidad se conoce como velocidad Terminal el viscómetro de caída de bola utiliza este principio, asiendo que una bola esférica caiga libremente a través del fluido y midiendo el tiempo requerido para que esta recorra una distancia conocida

e) Viscosímetro Hoppler.- Esta basado en una modificación del Viscosímetro de bola, en donde una esfera rueda en el interior de un tubo que puede inclinarse un ángulo determinado.Las esferas son relativamente grandes con relación al diámetro interior del tubo, lo que hace que el diámetro de la esfera sea de gran precisión.

Tabla de densidades del Agua a diferentes temperaturas, y su gráfico con tendencia parabólica

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BIBLIOGRAFÍA

LIBROS CONSULTADOS:

FÍSICA II, Teoría y problemas, 1er edición 2009, Régulo Saavedra.

PONZ MUZZO GASTON “Tratado de Química Física” 2da edición 1985.

PÁGINAS CONSULTADAS:

http://pendientedemigracion.ucm.es/info/Geofis/practicas/propiedades%20agua.pdf

http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-steam.html

Documents

Fiqui Viscosidad