LAB.3.VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS (2).docx

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I“VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS”

I. INTRODUCCION

Es importante conocer las propiedades de los fluidos, porque con ellos se pueden hacer muchas cosas que sin darnos cuenta se encuentran en uso en nuestra vida diaria.Por un lado la medida de la viscosidad puede parecer en un principio un parámetro de poca importancia en la fabricación de fluidos como aceite, pintura, productos lácteos, bebidas, tintes, pastas, cremas, etc., sin embargo es realmente importante saber que a partir de la viscosidad, podemos conocer el comportamiento de un producto en su proceso de fabricación, lo cual es importante en la industria para el control del proceso y por tanto decisivo para conseguir la mejor calidad del producto. El conocimiento de la viscosidad nos permite detectar de la manera más conveniente cambios en el producto como el color, densidad, estabilidad, contenido de sólidos y peso molecular. En definitiva, la viscosidad es un parámetro de control de vital importancia en la búsqueda de la mejor calidad en los productos.Por otro ,la medición de densidad de los líquidos tiene un gran uso para determinar la calidad de un producto, el control de un proceso de fermentación, el contenido de alcohol de productos destilados en porcentaje de volumen, el contenido de azúcar en bebidas carbonatadas, la calidad de los productos y lubricantes del petróleo, la composición de productos farmacéuticos, la preparación de pinturas, barnices y materiales de recubrimiento. En la experiencia la medición de la densidad en líquidos se realiza mediante el uso del picnómetro.

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II. RESUMENEn esta experiencia hemos logrado nuestro objetivo que fue determinar experimentalmente la viscosidad y la densidad de liquidos utilizando los métodos de Stormer y del Picnometro respectivamente.Las condiciones del laboratorio para llevar a cabo esta experiencia fue Presion igual a 756mmhg,temperatura de 21°C Y %HR de 95%.

El viscosímetro de Stormer nos sirve para calcular viscosidades mas grandes de ciertos liquidos, que ponen resistencia a fluir ,este aparato convierte la viscosidad de una muestra desde segundo por 100revoluciones a viscosidad absoluta y reportar el valor en cent poise mediante la ecuación Ƞ = ƙ.m.(t-a)Pero primero obtuvimos tiempos para determinadas pesas , con una viscosidad teorica de 954, graficamos n/m vs t y hallamos la ecuacion y n/m= 0.6787t- 7.8784 Comparando obtuvimos los valores de k y a y hallamos la viscosidad experimental de la glucosa , que nos dio un porcentaje de error pequeño de 4.760% , en el caso de la solución problemas hallamos un promedio de sus viscosidades experimentales , ya que no podemos obtener su porcentaje de error porque no sabes cual es la viscosidad de esa sustancia.El picnómetro es un instrumento sencillo utilizado para determinar con precisión las densidades de los liquidos ,con este método hallamos la gravedad especifica a 25°C que fue 1,231 ,lo multiplicamos con la densidad teorica del agua 25°C Y esto nos dio 1, 227g/ml con un %de error de 2.39% . Concluimos que mediante el viscosímetro de Stormer logramos hallar la densidad teorica de la glucosa que nos salio un porcentaje pequeño osea hubo un correcto manejo del equipo. Mediante el picnómetro hallamos la densidad experimental de la glucosa , aunque hubo un porcentaje un bajo como el anterior esto demuestra que es un excelente herramienta de precisión.

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III. FUNDAMENTO TEORICO

III.1. VISCOSIDAD

La viscosidad es una medida de la resistencia de los líquidos a fluir. Cuanto más viscoso es un líquido, más lento es su flujo. La viscosidad de un líquido suele disminuir con el aumento en la temperatura, por esta razón la melaza caliente fluye más rápido que cuando está fría.Los líquidos con fuerzas intermoleculares fuertes son más viscosos que los que tienen fuerzas intermoleculares débiles. El agua tiene mayor viscosidad que muchos otros Líquidos por su capacidad para formar enlaces de hidrógeno. Cabe hacer notar que la viscosidad del glicerol es mucho mayor que la de otros líquidos. Su fórmula es: C3-H8-O3

Como el agua, el glicerol también es capaz de formar enlaces de hidrógeno. Cada molécula de glicerol tiene tres grupos —OH que pueden participar en enlaces de hidrógeno con otras moléculas de glicerol. Además, debido a su forma, las moléculas tienen más tendencia a entrelazarse que a deslizarse, como lo hacen las moléculas de líquidos menos viscosos. Estas interacciones contribuyen a su elevada viscosidad.La viscosidad puede expresarse como:

VISCOSIDAD ABSOLUTA

¿Qué es la Viscosidad Absoluta?

La viscosidad absoluta es una 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: 1Pa-s = 10 P = 1000 cP. La Viscosidad Absoluta suele denotarse a través de la letra griega μ.Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.

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¿Cómo puede medirse la Viscosidad Absoluta?

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 ƞ = 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.

En la práctica de laboratorio se obtiene la viscosidad absoluta mediante la expresión:

Ƞ = ƙ.m.(t-a)

Ƞ : viscosidad absoluta expresada en centipoisesƘ : factor constante del instrumentom : masa impulsora en gt : tiempo en segundos , para 100 revoluciones

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a : factor de tiempo para la corrección mecánica del aparato.

VISCOSIDAD CINEMATICA

¿Qué es la Viscosidad Cinemática?

La Viscosidad Cinemática es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido. Ésta suele denotarse como U, por lo cual U = μ/ρ. 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.

¿Cómo puede medirse la Viscosidad Cinemática?

Uno de los dispositivos existentes para hallar esta propiedad es el Viscosímetro Saybolt, en el cual la muestra a analizar se introduce en un cilindro con un orificio en su parte inferior (de 1/8 o 1/16´). El fluido se deja escurrir a través del orificio y se mide el tiempo. Para las sustancias poco viscosas se usa el orificio de 1/16´ y el tiempo medido es denominado Segundos Saybolt Universal (SSU), mientras que para los fluidos más viscosos se utiliza el orificio de 1/8´ y el tiempo cuantificado es llamado Segundos Saybolt Furol (SSF). Para transformar estos SSU o SSF a las unidades convencionales de viscosidad cinemática, se pueden usar las siguientes ecuaciones: U = SSU/4,6347 = SSF/0,4717.

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VISCOSIDAD RELATIVA

Es la relación entre la viscosidad de una sustancia y un líquido de referencia. No tiene unidades.

Ƞrel = Ƞsust. / Ƞref.

* La dependencia entre la viscosidad absoluta de una sustancia pura y T(K), obedece a la ecuación de la forma:

Log ƞ =A/T + B

FLUIDEZ

Fluidez es el opuesto de viscosidad, ambas se relacionan con la temperatura y la presión.La fluidez de un líquido tiene su origen en la movilidad de las partículas que lo constituyen. Es posible separar las partículas de un sólido suficientemente par que ganen esta movilidad, mediante el flujo constante de un líquido o un gas a un velocidad suficiente. Cuando este liquido tiene una velocidad pequeña, los intersticios entre las partículas ofrecen la suficiente resistencia para provocar una caída de presión. Esta aumenta conforme la velocidad del fluido se incrementa, pero llega un momento en que se iguala al peso de las partículas que comienzan a separarse una de otras. Se expresa en rhes: cm.s.g-1

Φ = 1/ƞ

III.2. DENSIDAD

La densidad es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. La densidad absoluta o densidad normal, también llamada densidad real, expresa la masa por unidad de volumen. Cuando no se hace ninguna aclaración al respecto, el término «densidad» suele entenderse en el sentido de densidad absoluta. La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una sustancia y una densidad de referencia, resultando una magnitud adimensional y, por tanto, sin unidades. Si la densidad de referencia, en caso de los líquidos, es la del agua se toma el nombre de Gravedad Especifica.

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PICNOMETRO

El picnómetro es un instrumento sencillo utilizado para determinar con precisión la densidad de líquidos. Su característica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes líquidos en su interior. Esto nos sirve para comparar las densidades de dos líquidos pesando el picnómetro con cada líquido por separado y comparando sus masas. Es usual comparar la densidad de un líquido respecto a la densidad del agua pura a una temperatura determinada, por lo que al dividir la masa de un líquido dentro del picnómetro respecto de la masa correspondiente de agua, obtendremos la densidad relativa del líquido respecto a la del agua a la temperatura de medición. El picnómetro es muy sensible a los cambios de concentración de sales en el agua, por lo que se usa para determinar la salinidad del agua, la densidad de líquidos biológicos en laboratorios de análisis clínicos, entre otras aplicaciones. Normalmente para la determinación de la densidad de algunos productos especiales como las pinturas, se utilizan picnómetros metálicos.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

IV.1. MATERIALES

Viscosímetro de Stormer(ASTM-D-856,tomo 29) con pesas de 25 a 500g, vaso de 250mL, termómetro, cronometro, picnómetro, cocinilla, vaso de 1000mL.

IV.2. REACTIVOS

Muestra patrón de glicerina, solución problema de glicerina, agua des ionizada.

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IV.3. PROCEDIMIENTO

IV.3.1. Medición de la viscosidad de líquidos con el viscosímetro Stormer

El viscosímetro debe encontrarse en posición horizontal fija sobre una mesa.

Llene en un vaso seco 200mL de la muestra patrón y llévelos a 25°C, coloque el vaso en el soporte del equipo y fíjelo 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 la base ni con las paredes del vaso.

Coloque las pesas necesarias en el porta pesas, para obtener las revoluciones en un tiempo determinado, en este caso 100g (incluyendo el peso del porta pesas).

Con el cronometro en la mano, libere el freno y simultáneamente observe el movimiento del puntero y mida el tiempo necesario para completar 100 revoluciones. Repita este procedimiento 3 veces más, a fin de tener un promedio de 4 tiempos.

Repetir los pasos para otros 3 juegos de pesas equivalentes a 125,150 y 175g.

Repita todo lo anterior con la muestra de solución problema.

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IV.3.2. Determinación de la densidad de la glicerina mediante el picnómetro.

Lave el picnómetro con solución sulfocrómica o detergente, secar en estufa.

Pese el picnómetro seco.

Llene el picnómetro con agua des ionizada, sumergirlo en un baño María 25°C después de 5 minutos retire el picnómetro y pesar.

Pesar picnómetro seco.

Pesar picnómetro con glicerina, luego se estar 5 minutos sometido a baño María a 25°C.

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V. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

V.1. TABLA N°01 : CONDICIONES DE LABORATORIO

V.2. TABLA N°02 : DATOS TEORICOS

VISCOSIMETRO DE STORMER

Viscosidad teórica de la glicerina a 25°C

954 cp

METODO DEL PICNOMETRO

Densidad del agua a 25°C Densidad de la glicerina a 25°C

0.9971 g/ml 1.257 g/ml

V.3. TABLA N°03:DATOS EXPERIMENTALES

Viscosidad

GLICERINA QP

Masa (gr) Tiempo(s) Tiempo promedio (s)

50 39.16 39.5540.0639.42

100 26.34 26.2326.1426.2

10

T (°C) P(mmHg) % HR

21 756 95


150 20.24 20.5820.620.9

SOLUCION PROBLEMA

Masa(gr) Tiempo(s) Tiempo promedio(s)

50 29.75 29.8529.9129.85

150 16.23 16.4216.1216.9

Densidad

muestra Masa(gr) Temperatura(°C)W1(picnómetro) 10.42 25

W2(picnómetro con glicerina)

20.93 25

W3(picnómetro) 10.42 25W4(picnómetro con agua destilada)

23.36 25

I.1. TABLA N°04 : RESULTADOS Y PORCENTAJE DE ERRORViscosidad: Glicerina QP

Viscosidad experimental de la glicerina

Porcentaje de error

951.334cp 0.279%

Densidad

Densidad experimental de la glicerina a 25°C

Porcentaje de error

1.227g/ml 4.76%

I.2. TABLA N°05 : DATOS PARA GRAFICAR

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n/m T(s)19.08 39.559.54 26.236.36 20.58

II. CALCULOSSabemos por dato teórico que la viscosidad a 25°C de la Glicerina es de 954 cP.

• Viscosidad:

Para la Glicerina QP

Graficamos Viscosidad/masa vs. Tiempo

De esto obtenemos la siguiente ecuación lineal de la gráfica:

y = 0.653X -6.739

Que toma la forma de la siguiente ecuación líneas en función del tiempo:

η/m=K(t-a)

η/m=K*t-K*a

Donde por semejanza de ecuaciones llegamos a obtener las constantes K y a:

K=0.653 a=10.320

Ahora para la glicerina QP,

*Para una masa de 50 gr y un tiempo de 39.55

Reemplazamos en la ecuación:

η/m=K(t-a)

n1/50=0.653(39.55-10.320)

n1= 954.360 cp

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n2/100=0.653(26.23-10.320)

n2= 1038.92 cp


n3/150=0.653(20.58-10.320)

n3=1004,97 cp

Hallando el promedio:

n = (954.360+1038.92+1004.97)/3

= 999.42 cp

*Hallando el porcentaje de error:

%error= n(teórico)-n(experimental)/n(teórico)*100

%error=(954-999.42)/954*100

%error = 4.76%

Para la solución problema:

* Para una masa de 50 gr y un tiempo de 29.85

n1/50=0.6787(29.85-11.608)

n1=619.042 cp.


n1/150=0.6787(16.42-11.608)

n2= 489.886 cp.


n =(n1+n2)/2

n =(619.042+489.886)/2

n = 554.464 cp.

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Para el método del picnómetro

G .Espec í fica=W 2(Picnó metro conagua)−W 1(Picnó metro)W 4 ( picn ómetro con glicerina )−W 3( picn ómetro)

Ge25°C = 23.36-10.42/20.93-10.42=1.231

Multiplicamos a Ge25°C por la densidad del agua a 25°C

ρglicerina25 °C =G .Específica∗ρagua

25°C

ρglicerina25 °C =1.231∗0.9971

ρglicerina25 °C =1.227g /mL

Hallando el porcentaje de error:

%Error=ρ(teórico )−ρ(experimental)

ρ(teórico )x 100

%Error=1.257−1.2271.257

x100

%Error=2.39%

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III. DISCUSION DE RESULTADOSLuego de obtener los valores de viscosidad y densidad, consideramos posiblemente que:

- Hubo un error porcentual pequeño en la determinación de la viscosidad se debe a que la sustancia (glicerina QP) no era pura, sino se encontraba con cierto grado de impurezas. - El bajo error porcentual hallado en la densidad se debe a que la glicerina fue pura, además de que trabajamos con el picnómetro, un instrumento exacto

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESIV.1. CONCLUSIONES

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

o La viscosidad se ve afectada por la temperatura a la que se intenta calcular.

IV.2. RECOMENDACIONES

o Se recomienda trabajar a temperatura aproximada a la del ambiente, ya que los valores para los patrones se pueden encontrar fácilmente en tablas.

o Se recomienza tener exactitud al momento de hacer la pesada en la determinación de la densidad.

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V. APENDICE

V.1. CUESTIONARIO

V.1.1. ¿Cómo se calcula la viscosidad de líquidos usando nomogramas? Dar un ejemplo.

El nomograma permite de forma fácil y sencilla determinar una variable conociendo otra u otras independientes, tal es el caso que se determina viscosidad conociendo temperatura y conductividad.El nomograma se construye partiendo de los valores de estas variables y de los rangos de trabajo de las mismas, así como también del establecimiento de los módulos de trabajo.El nomograma para viscosidades consiste en un arreglo de ordenadas y abscisas, junto con un rango de temperaturas y viscosidades.Para cada líquido existe un par de números que indican el punto por donde pasará la línea que parte desde la temperatura a la cual se requiere la viscosidad hasta el rango de viscosidades. La desventaja de este método es que no se encontrarán todos los compuestos deseados, o quizá el rango de viscosidades y temperaturas sea muy corto.

V.1.2. En la formación de soluciones, como varia la viscosidad.

La viscosidad de un líquido suele disminuir con el aumento en la temperatura, por esta razón la melaza caliente fluye más rápido que cuando está fría.Los líquidos con fuerzas intermoleculares fuertes son más viscosos que los que tienen fuerzas intermoleculares débiles.

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V.1.3. Indique otros métodos experimentales para la determinación de la viscosidad de líquidos, dando una breve explicación.

MÉTODO DE POISEVILE

Que se basa en el uso de un aparato conocido como viscosímetro de Ostwald. El método consiste en medir el tiempo que tarda en fluir un volumen conocido del líquido, a través de un capilar, de longitud y radios conocidos, bajo la acción de la gravedad.El procedimiento usual consiste en determinar la viscosidad con relación a la viscosidad del agua, y no la viscosidad absoluta. Se miden los tiempos de flujo para volúmenes iguales de agua y del líquido cuya viscosidad 'se está determinando. Como la presión de un líquido en un viscosímetro es proporcional a su densidad, puede verse que la relación de las viscosidades es igual a la relación de sus productos tiempo - densidad.

LA LEY DE STOKES, que es aplicable a la caída de cuerpos esféricos en todos los tipos de fluido siempre que el radio r del cuerpo que cae sea grande en comparación con la distancia entre moléculas.

VISCOSÍMETRO DE SAYBOLT Este instrumento está destinado para determinar la viscosidad de los productos del petróleo a temperaturas especificas de 21 y 98.8ºC. Consiste esencialmente de un tubo de latón y en la parte inferior lleva un capilar corto montado en un baño de temperatura constante. El tubo tiene un vertedero de rebose para ajustar el nivel del liquido en la parte alta y un tapón de corcho en la parte inferior.

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VISCOSÍMETRO DE CANON – FENSKE

Se basa en el tiempo de flujo de una cantidad determinada de un fluido en un tubo capilar. Para determinar su viscosidad se mide el tiempo que tarda en fluir una cantidad determinada, En este caso es un dispositivo experimental sencillo que permite obtener que el fluido circule con régimen laminar por el interior del tubo largo y recto, manteniendo en condiciones de temperatura constante y que se encuentra ocupado por un instrumento u permite medila gradiente de presiones.

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5.2. GRAFICOS

Para la Glicerina QP

Graficamos Viscosidad/masa vs. Tiempo

15 20 25 30 35 40 450

5

10

15

20

25

f(x) = 0.678732015731393 x − 7.87843229285436

viscosidad/masa vs tiempo

viscosidad/masa vs tiempoLinear (viscosidad/masa vs tiempo)

De esto obtenemos la siguiente ecuación lineal de la gráfica:

y = 0.6787x - 7.8784

Que toma la forma de la siguiente ecuación líneas en función del tiempo:

η/m=K(t-a)

η/m=K*t-K*a

Donde por semejanza de ecuaciones llegamos a obtener las constantes K y a:

K=0.6787 a=11.608

Ahora para la glicerina QP,


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Reemplazamos en la ecuación:

η/m=K(t-a)

n1/50=0.6787(39.55-11.608)

n1= 948.212 cp


n2/100=0.6787(26.23-11.608)

n2=992.395 cp


n3/150=0.6787(20.58-11.608)

n3=913.394 cp


n = (948.212+992.395+913.394)/3

=951.334 cp

*Hallando el porcentaje de error:

%error= n(teórico)-n(experimental)/n(teórico)*100

%error=(954-951.334)/954*100

%error = 0.279%

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5.3 HOJA DE DATOS

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VI. BIBLIOGRAFIA

Datos obtenidos del “Handbook of Chemestry and Physics”, ediciones 62 y 87, pag: , 10 , 141 y 15 - 23.

Maron – Prutton Fundamento De Fisicoquimica Ed. Limusa, Noriega Editores, 1996. Pág. 68-71

Pons Muzzo Gastón, Fisicoquimica Editorial Universo S.A, Perú, 1975, Págs. 239-245.

http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=37&l=s&c3.

http://www.unet.edu.ve/~aostos/LinkedDocuments/Pr%E1ctica%20No.2%20_%20Viscosidad%20Absoluta.pdf.

http://www.biblioteca.uson.mx/digital/tesis/docs%5C18860%5CCapitulo5.pdf.

22

http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=37&l=s&c3