Trabajo Práctico Nº 2

Coeficiente de Viscosidad de Líquidos

Universidad de ConcepciónFacultad de Ciencias QuímicasDepartamento de Físico-Química

Experimentador: Gonzalo Patricio Castillo CarrilloColaborador : Mauricio KellerGrupo : 1Fecha : 29/04/2010

RESUMEN

El presente trabajo tuvo por objetivo, determinar en forma experimental el coeficiente de viscosidad ( ) de un líquido problema: el etanol. Antes de continuar con el experimento en detalle, es conveniente dar una definición clara y precisa del concepto de viscosidad de un fluido, la cual se define como <<la propiedad física que caracteriza la resistencia al flujo de los fluidos>>1. Para determinar cuantitativamente, se utilizó el viscosímetro de Ostwald, el cual permitió medir el tiempo de escurrimiento de nuestro líquido problema y el del agua, para finalmente poder así establecer la relación entre el coeficiente de viscosidad de ambos y calcular uno en función del otro (viscosidad relativa).

PARTE EXPERIMENTAL

Materiales y Reactivos

Una pipeta total de 5 mL, viscosímetro de Ostwald, unidad o baño termostático, pro-pipeta, vaso de precipitados, trompa de agua, Etanol, agua destilada y acetona.

Procedimiento

En primer lugar, se instaló el viscosímetro en un soporte y se sumergió dentro de un equipo termostático de manera que el aforo X quedara por debajo de la superficie del agua, para poder así llevar a cabo el proceso en una condición isotérmica. Con la pipeta total, se añadió un volumen de 5.0 mL de agua destilada para llenar así entre 1/2 y 2/3 de la capacidad del bulbo B (ver fig. 1) y se dejó reposar alrededor de un minuto para que se lograra el equilibrio térmico.

Se succionó el agua de tal manera que sobrepasara el aforo X y se dejó fluir libremente. Con un cronómetro, se midió el tiempo que tardaba en fluir desde el aforo X hasta el aforo Y, y se registró en la hoja de datos. Una vez realizadas 30 mediciones para el agua destilada, se vació el viscosímetro, se enjuagó con agua destilada, una vez con acetona y posteriormente se secó por succión con la trompa de agua. Hecho todo lo anterior se repitieron las mismas medidas anteriores, pero esta vez con nuestro líquido problema, etanol.

Datos Experimentales

Presión Barométrica : 765,2 0,1 mmHgTemperatura ambiente : 22.5 0,5 ºCTemperatura del sistema: 24.6 0,1 ºCFactores de corrección : 2.85 a 760.0 mmHg

2.94 a 780.0 mmHg Densidad del etanol : 0.786 0,001 g/mLVolumen del sistema : 5 mL

1 Bird, R.B., Steward, W.E. and Lightfoot, E.N., “Transport Phenomena”, 2da. Edición, John Wiley and Sons Inc., pag. 4, New York (2001).

Tabla 1: “Tiempo de escurrimiento del Agua destilada”.

Medición Tiempo 0.01 s1 29.132 29.043 29.094 29.065 29.046 28.897 29.008 29.079 28.8610 28.9211 28.9712 29.0313 28.9014 29.0715 29.0416 29.0317 29.0218 29.1319 29.1120 29.0721 29.1022 29.0523 29.1024 29.0325 29.1026 29.0427 28.9828 29.0629 29.0330 29.06

Tabla 2: “Tiempo de escurrimiento del Etanol”.

Medición Tiempo 0.01 s1 43.692 43.513 43.534 43.425 43.426 43.427 43.428 43.429 43.6010 43.2411 43.4212 43.4213 43.3814 43.4715 43.6016 43.4217 43.5618 43.4019 43.2420 43.4221 43.2922 43.5123 43.6024 43.6925 43.2426 43.4227 43.3828 43.4229 43.2430 43.42

Fig. 1 viscosímetro de Ostwald

Datos bibliográficos:

Densidad del agua : <<0,99730 (g/mL) a 24 ºC y 0.99678 [g/mL] a 26 ºC >>2

Viscosidad del agua a 25 ºC: <<0,8885>>3

Viscosidad del etanol : <<1.096 (centi poise) >>4

RESULTADOS

Magnitudes Calculadas

Densidad del agua a 25 º C : 0.998 0.0003 [g/mL] Tiempo de Escurrimiento promedio del agua : 29.03 0.02 [s] Tiempo de Escurrimiento promedio del etanol: 43.44 0.04 [s] Coeficiente de viscosidad del etanol (etanol) :1.05 0.003 (centipoise) Error relativo : 4.2%

Ejemplos de Cálculos

Tiempo promedio de escurrimiento del agua destilada

Sea la i-ésima medición de tiempo de escurrimiento del agua destilada, por lo tanto su promedio está dado por:

Un procedimiento análogo es usado para calcular el tiempo de escurrimiento promedio del etanol.

2 Lange’s Handbook of Chemistry, Dean, 15th Edition, page 5.873 Lange’s Handbook of Chemistry, Dean, 15th Edition, page 5.1384 Lange’s Handbook of Chemistry, Dean, 11° Edition, page 10-287

Ejemplos de Cálculos

Densidad del agua destilada a 25 ºC

La densidad ( ) del agua a 24 ºC es de 0.99730 [g/mL] y a 26 ºC es de 0.99678 [g/mL] 5 por lo que suponiendo una relación lineal en ese intervalo, se podrá aproximar la densidad a la temperatura (T) del sistema de trabajo termostatizado a 25 ºC.

La pendiente (m) de la recta d v/s T, esta dada por

donde los pares corresponden a

luego, la ecuación de la recta sería

Por lo tanto, evaluando en , se tiene

[g/mL]

Viscosidad del etanol a 25 ºC

Según la guía de trabajos prácticos de físico-química, la viscosidad relativa de un líquido está dada por

donde es la viscosidad de un líquido de referencia que en nuestro caso fue el agua destilada. Por lo tanto, la viscosidad relativa del etanol queda determinada por

5 Lange’s Handbook of Chemistry, Dean, 15th Edition, page 5.87

Cálculo de Incertidumbres

El cálculo de incertidumbre del tiempo promedio de escurrimiento del agua destilada, en forma general, está dado por la siguiente ecuación:

Donde N corresponde al número total de mediciones, S es la desviación estándar y t es la distribución t-student con grados de libertad y un valor p de confianza.Por lo tanto, para comenzar, se necesita la desviación estándar de los datos, la cual está dada por

El valor del factor t, con 29 grados de libertad y un 95% de confianza es 2.045, por lo que reemplazando los valores en la ecuación de la incertidumbre, se tiene:

Para el caso del coeficiente de viscosidad del etanol, dado que es una magnitud

Calculada a partir de otras magnitudes medidas experimentalmente, posee un error de propagación, el cual esta dado por:

Donde el primer y cuarto término se anulan debido a que las densidades de los líquidos permanecen constantes durantes el proceso. Por lo tant

Error Absoluto y Error Relativo

· Error absoluto: Ea = | Xexperimental - Xverdadero|

Ea = |1.05 – 1.096 |

Ea = 0.046

· Error relativo:

DISCUSIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Los resultados arrojados por este trabajo indican que el método empleado es una aproximación bastante aceptable para medir el coeficiente de viscosidad de un fluido bajo temperatura ambiente. Un posible factor que eventualmente influyó en la desviación del coeficiente de viscosidad con respecto al valor teórico, es la temperatura. Pese a que el sistema se encontraba termostatizado, la agitación nunca es cien por ciento efectiva por lo que eventualmente podría haber existido un pequeño gradiente de temperaturas, el cual influye directamente en la densidad del fluido en estudio y ésta a su vez sobre el coeficiente de viscosidad que se está midiendo.Otro factor importante es la posición del viscosímetro. Mientras se manipuló éste, ya sea para hacer las mediciones o para limpiarlo al cambiar de fluido, se movió de su posición original, por lo que el campo gravitatorio podría haber afectado el flujo de manera diferente si el viscosímetro no quedó lo suficientemente vertical.Finalmente, viendo los resultados obtenidos, se concluye que el etanol es un fluido más viscoso que el agua, lo cual se refleja en que tardó más tiempo en fluir un mismo volumen a lo largo de una distancia común a ambos fluidos ya que fueron medidos con el mismo viscosímetro.Por lo tanto, en base a lo anterior, es pertinente decir que el objetivo de este trabajo práctico fue logrado ya que pudimos comparar las viscosidades entre dos líquidos y en base a mediciones experimentales, determinamos cual de los dos es más viscoso mediante las ecuaciones correspondientes que nos proporciona la teoría.

REFERENCIAS

Bird, R.B., Steward, W.E. and Lightfoot, E.N., “Transport Phenomena”, 2da. Edición, John Wiley and Sons Inc., page 4, New York (2001).

Lange’s Handbook of Chemistry, Dean, 15th Edition