LABORATORIO DE FISICOQUMICAVISCOSIDAD

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICA

LABORATORIO DE FISICOQUIMICAVISCOSIDAD

PROFESOR: Ing. Anbal Figueroa Tauquino INTEGRANTES: Jos Flores Ccayanchira Richard Rios Somoza FECHA DE LA PRCTICA: 1 de octubre FECHA DE ENTREGA: 8 de octubre TURNO: 11-14 horas GRUPO: C/D2015

INDICE

I. INTRODUCCIN 3II. RESUMEN 4III. PRINCIPIOS TERICOS . 5-7IV. PARTE EXPERIMENTAL . 8-11V. TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS . 12-13VI. CLCULOS Y EJEMPLOS DE CLCULOS . 14-16VII. DISCUSIN DE RESULTADOS .. 17VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES . 18IX. APNDICE 19-28X. BIBLIOGRAFA .. 29

I. INTRODUCCION

La prctica de viscosidad es una experiencia muy importante en el sentido industrial debido a que esta se fundamenta mucho enleyesfsicas y qumicas que nos permite entender porque tal compuesto es ms espeso que otro, o porque un compuesto es utilizado como lubricante, etc.

El saber cuan viscoso es una solucin nos permite saber por ejemplo su peso molecular, es decir podemos determinar el peso molecular de una solucin desconocida gracias al mtodo de viscosidad.

Elpoderestudiar la viscosidad de una sustancia nos ayuda a concluir cuanto varia con respecto a la temperatura, si es ms viscoso o menos viscoso, etc.

Una aplicacin que se le puede dar sobre elconocimientode la viscosidad de un lquido nos servira en el rea demecnicade fluidos ya que podemos saber qu tipo de lquido es importante y porque usarlo en tal mquina para que esta funcione en ptimas condiciones. O porque usar tal lubricante para carro a tal temperatura y porque no usar otro. O tal vez en las bebidas como las cervezas, ya que la viscosidad influye mucho en el gusto de lapersona, etc.

En fin el conocimiento de la viscosidad trae consigo alcances con resultados muy efectivos que pueden llevar alxitode unaempresa.

II. RESUMEN

En esta prctica tenemos como objetivo la determinacin experimental de la viscosidad y densidad de lquidos utilizando los mtodos del viscosmetro de Stormer y del Picnmetro respectivamente.El desarrollo de esta experiencia se realiza bajo las condiciones siguientes: P(mmHg) = 756 mmHg T ( C ) = 23 C % HR = 91Laviscosidades la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesin moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximacin bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene viscosidad se llamafluido ideal.Los lquidos, adiferenciade losslidos, se caracterizan por fluir, lo que significa que al ser sometidos a una fuerza, sus molculas se desplazan, tanto ms rpidamente como sea el tamao de sus molculas. Si son ms grandes, lo harn ms lentamente.Estas diferencias en el comportamiento de slidos y lquidos provienen de que en los lquidos el factor dominante para determinar la viscosidad en la interaccin molecular y no la transferencia de impulso.

Podramos analizar el comportamiento del aceite, cuando se somete a altas temperaturas disminuye considerablemente su coeficiente de viscosidad.

III. PRINCIPIOS TEORICOS

VISCOSIDAD:

Losgasesy los lquidos tienen unapropiedadconocida como la viscosidad, la cual se puede definir como laresistenciaa fluir ofrecida por un liquido, resultante de los efectos combinados de la cohesin y la adherencia.

La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante delmovimientode una capa de fluido con respecto a otro y es completamente distinta de la atraccin molecular. Se puede considerar como causada por la friccin interna de las molculas y se presenta tanto en gases ideales como en lquidos y gases reales.

VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS:

Los lquidos 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 mayora de lquidos, disminuyen.

Asimismo se ha visto que los coeficientes de viscosidad de gases a presiones moderadas son esencialmente independientes de la presin, pero en el caso de los lquidos el aumento en la presin produce un incremento de viscosidad. Estas diferencias en elcomportamientode gases y lquidos provienen de que en los lquidos el factor dominante para determinar la viscosidad en lainteraccinmolecular y no la transferencia de impulso.

La mayora de losmtodosempleados para lamedicinde la viscosidad de los lquidos se basa en lasecuacionesde Poiseuille o de Stokes. La ecuacin de Poiseuille para el coeficiente de viscosidad de lquidos es:

donde V es elvolumendel liquido de viscosidad, que fluye en eltiempot, a traves de un tubo capilar deradiory la longitudL, bajo una presin dePdinas por centmetro cuadrado.

Se mide el tiempo de flujo de los lquidos, y puesto que las presiones son proporcionales a las densidades de los lquidos, se puede escribir como:

Las cantidadest1yt2se miden mas adecuadamente con un viscosmetro de Ostwald. Una cantidad definida de liquido se introduce en el viscosmetro sumergido en un termostato y luego se hace pasar por succin al bulbo B hasta que el nivel del liquido este sobre unamarcaa.

Se deja escurrir el liquido el tiempo necesario para que su nivel descienda hasta una marcaby se mide con un cronometro. El viscosmetro se limpia, luego se aade el liquido de referencia y se repite la operacin. Con esteprocedimientose obtienent1yt2y la viscosidad del liquido se calcula con la ecuacin anterior.

VISCOSIDAD CINEMATICA (D):

Es la viscosidad absoluta dividida entre la densidad del lquido. Se expresa en STOKES: cm2 * S-1

D= n/PFLUIDEZ (Z):

Se define como la inversa de la densidad absoluta. Se expresa en RHES: cm*s*g-1

Z=1/n

VISCOSIDAD RELATIVA(n rel):

Se define como la relacin entre la viscosidad de una sustancia y un lquido de referencia. No tiene unidades.

n rel = n sust/ n ref

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA:

El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de u liquido es notablemente diferente del efecto sobre ungas; mientras en este ultimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, las viscosidades de los lquidos disminuyen invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Se han propuesto numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad y temperatura como por ejemplo:

dondeAyBson constantes para el liquido dado; se deduce que eldiagramade log() frente a 1/T seta una lnea recta. Se pens en otro tiempo que la variacin de la fluidez con la temperatura resultara mas fundamental que la del coeficiente de viscosidad; pero el uso de una expresin exponencial hace que la opcin 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 tambin se puede calcular utilizando cualquier relacin de peso de la sustancia a peso del agua.

Ge=

PICNOMETRO:

Es un aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancia. Tambin se conoce como frasco de densidades. Consiste en un pequeo frasco devidriode cuello estrecho cerrado con un tapn esmerilado, hueco y que termina por su parte superior en un tubo capilar con graduaciones.

IV. PARTE EXPERIMENTALMATERIALES:

Viscosmetro de Stormer Juego de Pesas

Vasos de 250mL Termmetro

Cronmetro Picnmetro

Cocinilla Balanza

REACTIVOS: Glicerina Agua Destilada

PROCEDIMIENTO:IV.1) Medicin de la viscosidad de la glicerina con el viscosmetro de Stormer:1) Previo a su uso, verificamos que el viscosmetro se encuentre en una posicin horizontal fija sobre la mesa.2) En un vaso de 250mL llenamos 200mL de la muestra patrn de la glicerina y mantenemos la muestra a 25C.3) Colocamos el vaso en el soporte del viscosmetro y lo fijamos a una altura tal que enrase con la marca de la hlice, la cual debe quedar en el centro del vaso para que no rose con sus lados y pueda girar adecuadamente.4) Colocamos las pesas necesarias en el portapesas del viscosmetro , en nuestro caso, de 100, 200, y 300g.

5) Con el cronmetro en la mano liberamos el freno que sostiene las pesas del viscosmetro y simultneamente observamos el movimiento del puntero del contador de revoluciones y medimos el tiempo que transcurri para que el contador marque una vuelta ( 100 revoluciones ).6) Repetimos los pasos realzados en 5 con juegos de 100, de 200 y de 300g anotando cuatro tiempos para cada juego a fin de obtener una lectura de tiempo adecuada.

IV.2 Determinacin de la densidad de la glicerina mediante el mtodo del picnmetro:

1) Lavamos un picnmetro de 10mL con detergente, enjuagamos con agua de cao y agua destilada y secamos en la esufa.2) Luego de dejar enfriar el picnmetro por un pequeo lapso de tiempo, lo pesamos ( W1 ).

3) Llenamos el picnmetro con agua destilada hasta el capilar y lo sumerjimos en un bao de agua de cao a una temperatura de 25C por 5 minutos, retiramos el picnmetro, lo secamos exteriormente y lo pesamos inmediatamente ( W2 ).4) Retiramos el agua del picnmetro, lo volvemos a secar en la estufa y volvemos a pesar ( W3 ).5) Una vez pesado el picnmetro vaco ahora lo llenamos con la glicerina ( W4 ).

V. TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS.

Tabla #1: Condiciones de Laboratorio

Presin ( mmHg )Temperatura ( C )Humedad ( %HR )

7562391

Tabla #2: Datos Experimentales

2.1: Tiempo para 100 revoluciones con la glicerina patrn

Masa ( g )Tiempo ( s )

10025.90

25.20

26.03

20017.40

17.32

17.55

30014.46

14.05

13.93

2.2: Tiempo para 100 revoluciones con la glicerina problema

Masa ( g )Tiempo ( s )

10020.38

20.64

20.72

20014.94

15.00

15.11

30011.35

11.27

11.05

2.3: Masas del picnmetro vaco y con contenido para la determinacin de la densidad de la glicerina

ObjetoMasa ( g )

Picnmetro vaco ( W1 )12.7282

Picnmetro con agua ( W2 )22.3982

Picnmetro vaco ( W3 )17.5498

Picnmetro con glicerina ( W4 )30.0475

Tabla #3: Datos Tericos

3.1: Viscocidad de la glicerina

SustanciaViscocidad ( cp )

Glicerina Patrn ( 100% )954

Glicerina problema ( 50% )610

3.2 Densidad de la glicerina

SustanciaDensidad ( g/cm3 )

Glicerina Patrn1.27

Tabla #4: Resultados y porcentaje de error

4.1: Densidad de la glicerina

Valor TericoValor Experimental%E

1.271.2881.42

4.2: Viscosidad de la glicerina problema

Valor TericoValor Experimental%E

610607.370.43

VI. CLCULOS.

a) Determinacin de la constante K y a con los datos tericos de la viscosidad ( n ) en cp de la glicerina.43 patrn trazando una grfica n/m vs t( Se adjunta en la siguiente pgina del presente informe)

b) Usando los datos de K y a de la grfica y la ecuacin de la determinacin de la viscosidad por el mtodo de Stormer calcularemos la viscosidad de la glicerina patrn.De la grfica se obtuvo:K = 0.5535 y a = 8.56Ahora utilizando los datos de la tabla (2.2) y la siguiente relacin:0n = mK( t a ) (1)

n = 100( 0.5535 )( 20.58 8.56 ), n = 665.31cpn = 200( 0.5535 )( 15.02 8.56 ), n = 715.12cpn = 300( 0.5535 ) ( 11.22 8.56 ), n = 441.69cpProcedemos a calcular el promedio de viscosidades, el cual nos dar el valor aproximado de la viscosidad de la glicerina problema:n = ( n + n + n )/3n = ( 665.31 + 715.12 + 441.69 )/3 n = 607.37cpUtilizando la ecuacin (1) y con los datos de la tabla 2.1 calcularemos el valor de la viscosidadexperimental de la glicerina patrn n = 100( 0.5535 )( 25.71 8.56 ), n = 949.25cpn = 200( 0.5535 )( 17.42 8.56 ), n = 981.17cpn = 300( 0.5535 ) ( 14.15 8.56 ), n = 927.67cpProcedemos a calcular el promedio de viscosidades, el cual nos dar el valor aproximado de la viscosidad de la glicerina patrn:

n = ( n + n + n )/3n = ( 949.25 + 981.17 + 927.67 )/3 n = 952.70cp

Otra de calcular la densidad de la glicerina a diferentes temperaturas sera teniendo de datos los valores de la viscosidad a dos temperaturas de la glicerina patrn y hallar los valores de las constantes de la siguiente expresin:

Ln( n ) = A/T + B ... (2)

Considerando los siguientes datos de la glicerina patrn:

Temperatura ( K )Viscpsidad ( cp )

293.151490

298.15954.5

Reemplazando los datos en la ecuacin (2), tenemos:Ln( 954 ) = A/298.15 + B (3)Ln( 1490 ) = A/293.15 +B (4)Resolviendo el sistema de ecuaciones, se tiene:

A = 7778.84 y B = -19.229

Ahora, supongamos que deseamos saber la viscosidad de la glicerina a 30C( 303.15K ), utilizaramos los datos calculados anteriormente y la ecuacin (2), obtiendo los siguientes resultados:

Ln( n ) = 7778.84/303.15 -19.229, n = 620.82cp

c) Con los datos obtenidos mediante el mtodo del picnmetro procedemos a calcular la densidad de la glicerina patrn con la siguiente relacin:

Ge = ( W4 W3 )/( W2 W1 ) (5)

Reemplazando los datos de la tabla 2.3 en la ecuacin (5), tenemos:Ge = ( 30.0475 17.5498 )/( 22.3982 12.7282 )Ge = 1.292

Ahora, utilizando el valor de Ge, la densidad del agua a 4C ( 1g/cm3 ), densidad del agua a 25C ( 0.997g/cm3 ) y la siguiente ecuacin:

P25 = Ge.( p25 )/( p4 )

P25 = ( 1.292 ).( 0.997 )/( 1 ), P25 = 1.288g/cm3 Por lo tanto, la densidad experimental de la glicerina a 25C es 1.288g/cm3

VII. DISCUSIN DE RESULTADOS.

Notamos que los valores obtenidos en la presente experiencia de laboratorio no se alejan mucho de los tericos, ello debido a que la toma de los datos se realiz con mucho cuidado y exactitud.En la determinacin de la viscosidad de la glicerina, tanto patrn como problema, era necesario realizarlo con diferentes masas, ya que cuando calculbamos las viscosidades para cada masa independiente, stas se alejaban mucho una de otra y, al hacerlo con varias masas y calculando su promedio, los resultados obtenidos eran cercanos al terico.Para la determinacin de la densidad de la glicerina por el mtodo del picnmetro, era necesario mantener constante la temperatura y desplazar inmediatamente el picnmetro a la balanza, ya que si dejbamos transcurrir un periodo de tiempo, la temperatura del contenido pudo haber variado relativamente y consecuentemente los resultados tambin.

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

De la presente prctica concluimos que la viscosidad de los lquidos vara con la pureza de la sustancia como pudimos notarlo al calcular la viscosidad de la glicerina tanto patrn como problema.

Otra conclusin es que el mtodo de Stormer para calcular la viscosidad de los lquidos es una buena opcin siempre y cuando la toma de datos se haga con mucho cuidado, ya que los resultados obtenidos no se alejan tanto de los valores tericos.

IX. APNDICE

CUESTIONARIOA) CMO SE CALCULA LA VISCOSIDAD DE LQUIDOS USANDO NOMOGRAMAS? DAR UN EJEMPLO.Los nomogramas sirven para conocer la viscosidad de lquidos y gases a diferentes temperaturas. Por ejemplo este nomograma se encuentra en la pgina 3-296 del manual del ingeniero qumico 6ta edicin de Perry.

En la pgina 3-295 se encuentra las coordenadas para diferentes lquidos aqu hemos tomado un fragmento de la misma y vamos a seleccionar un lquido para nuestro ejemplo: EL HEPTANO.

1. Marcamos las coordenadas del heptano

OBS: en el eje de la izquierda tenemos las temperaturas en grados Celsius (C) y en grados Fahrenheit (F).

En el eje de la derecha tenemos las viscosidades en centipoises (cP).

2. Para conocer las viscosidades del heptano a 25 C bastara con trazar una lnea que parte de 25c y pase por la coordenada que marcamos y donde cota al eje de viscosidades.

3. Leeremos la viscosidad a la temperatura deseada en nuestro ejemplo tenemos una viscosidad de 0.43 cP a 25 C.

Aqu vemos vemos el nomograma para gases, notemos la viscosidad mxima que e de 0.1 cP, los gases tienen viscosidades muy bajas en relacin a los lquidos.

Este nomograma puede encontrarse en la pgina 3-292 y las coordenadas para gases se encuentran en la pgina 3-293, y de la misma forma en que se halla la viscosidad para lquidos se puede hallar en los gases.

B) EN LA FORMACIN DE SOLUCIONES, COMO VARIA LA VISCOSIDAD.

La viscosidad en la formacin de soluciones se produce variaciones esto se ve en la evaluacin de los coeficientes B de viscosidad, la variacin dB/dT, la entalpa, entropa y energa libre de Gibbs de activacin, por lo se encontr que el coeficiente B, disminuye o aumenta en funcin de la temperatura.

DATO: Ejemplo de la viscosidad de la leche y el agua. Lquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras.

C) INDIQUE OTROS MTODOS EXPERIMENTALES PARA LA DETERMINACIN DE LA VISCOSIDAD DE LQUIDOS, DANDO UNA BREVE EXPLICACIN.

EL MTODO DE LA BOLA que cae,consiste en determinar el tiempo que tarda una esfera de peso y tamao conocido en caer a lo largo de una columna de dimetro y longitud conocida del lquido en cuestin.

Con el VISCOSMETRO DE OSTWALD,que consiste en medir el tiempo que tarda en fluir un volumen conocido de lquido a travs de un capilar de longitud y radio conocido.

LaLEYDE STOKES,que es aplicable a la cada de cuerpos esfricos en todos los tipos de fluido siempre que el radiordel cuerpo que cae sea grande en comparacin con la distancia entre molculas.

VISCOSMETRO COUETTE O HATSHEK:Consiste en un cilindro suspendido por un filamento elstico, al cual va unido un espejo para determinar el ngulo de torsin en un modelo, o un dinammetro provisto de una escala en otros modelos. Este cilindro est colocado coaxialmente en un recipiente cilndrico, donde se encuentra el lquido cuya viscosidad ha de determinarse.El cilindro exterior gira a velocidad constante y su movimiento es transferido al lquido que ha su vez pone en movimiento el cilindro interior en torno de su eje hasta que la fuerza de torsin es equilibrada por la fuerza de friccin. Como el ngulo de torsin es proporcional a la viscosidad, se puede determinar la viscosidad de un lquido, si se conoce la del otro lquido por comparacin de los dos ngulos de torsin.

VISCMETROS ESTNDAR CALIBRADOS CAPILARES DE VIDRIO.Es un mtodo para determinar la viscosidad cinemtica de lquidos transparentes y opacos, para preparar la prueba de viscosidad, el tubo viscmetro es cargado con una cantidad especfica del fluido de prueba.Se estabiliza en la temperatura de prueba y es liquido se saca mediante succin a travs del bulbo y se le deja ligeramente por encima de la marca de regulacin superior.Se retira la succin y se permite al lquido fluir bajo el efecto de la gravedad, se registra el tiempo requerido para que el borde superior del menisco pase de la marca de regulacin superior a la inferior.En este caso la viscosidad se calcula multiplicando el tiempo del flujo por la constante de calibracin del viscmetro (esta constante la proporciona el fabricante).

VISCMETRO DE UNIVERSAL DE SAYBOLTDespus de que se establece el flujo, se mide el tiempo requerido para colectar 60ml del fluido. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad de fluido en segundos universales Saybolt (SSU, o en ocasiones SUS). Puesto que la medicin no esta basada en la definicin fundamental de viscosidad.La ventaja de este procedimiento es que es sencillo y requiere un equipo relativamente simple. Se puede hacer la conversin de SSU a viscosidad cinemtica.

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