Viscosidad

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

Práctica de Laboratorio N°3

CURSO

:

FISICO QUIMICA

TEMA

:

DETERMINACION DE LA VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS

PROFESOR

:

OSWALDO CAMASI PARIONA

ALUMNO

:

VILLAR INFANTE, DENISSE VANESSA

CALLAO, Octubre del 2009

BELLAVISTA

080731H

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INTRODUCCION

En el presente trabajo determinaremos la viscosidad de líquidos. Para esto definiremos primero que es viscosidad, los factores que influyen, l o que debemos tener en cuenta al momento de medir la viscosidad de líquidos.

Para determinar esta viscosidad utilizaremos el método capilar.

La práctica de viscosidad es una práctica muy importante en el sentido industrial debido a que esta se fundamenta mucho en leyes en leyes físicas y químicas que nos permite entender porque tal compuesto es más espeso que otro, o porque un compuesto es utilizado como lubricante, etc.

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OBJETIVOS:

  

Determinación de la viscosidad de líquidos por el método de f lujo capilar. Determinación de la energía de flujo y la entropía de flujo, a partir de las mediciones de la viscosidad a diferentes temperaturas. Determinar una ecuación para expresar la variación de la viscosidad con respecto a la temperatura de un líquido.



Identificar los factores determinantes de la viscosidad según el estado y características del fluido.

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VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS 

La viscosidad es una propiedad física muy importante de los fluidos que puede ser considerada en muchas de las fases de la química y física.



Por ejemplo en el diseño de equipos químicos, tales como bombas y tuberías; tanto en los tamaños como en los respectivos costos dependen en gran parte de la viscosidad del fluido que ha de transportarse.

VISCOSIDAD: Se define como la resistencia que al flujo de una capa de fluido ejercen las capas adyacentes y el coeficiente de viscosidad se define como la fuerza por unidad de superficie, necesaria para mantener una gradiente de velocidad unitaria, entre dos planos unitarios que entre sí distan 1cm.

 () De la ecuación (1), en sistema C.G.S. las unidades son su velocidad de flujo por un tubo capilar.

(1)

    o

poise midiendo

El volumen (V) de un líquido que fluye a través de un tubo capilar de radio (r), durante un tiempo (), bajo una presión constante (P), viene dado por la ecuación Poiseuille:

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         Donde:



(2)

: Designa la longitud de tubo capilar

N: Coeficiente de viscosidad Si las dimensiones del capilar y el volumen del líquido son constantes, la ecuación anterior se reduce a:

   

Donde:

 

(3)

   

La determinación de la viscosidad absoluta es dificultosa, en cambio la relación de viscosidades de dos líquidos, puede determinarse fácilmente con un viscosímetro.



La presión (P) en virtud de la cual se desplaza el liquido de densidad () a lo largo del capilar del viscosímetro es h..g, donde, h: diferencia de altura entre las señales del instrumento y g: aceleración de l a gravedad.



Aunque h va variando en el curso de la experiencia los valores inicial y final son siempre constantes, por tanto, p es proporcional a la densidad.



     

La relación entre las viscosidades respectivamente de densidades

Donde:



   y

 y

 de dos líquidos; de referencia y problema

 y

(4)

representan los tiempos de flujo.

La variación de la viscosidad de un liquido con la temperatura está dada por la ecuación:

⁄

(5)

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Tomando logaritmos:

   Donde: A: Es una constante E: Energía de flujo (G)

  [  ] 

G

  

(6)

(7)

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EQUIPOS Y MATERIALES: 

Viscosímetro de Otswald.



Cronometro.



Pipeta de 10 ml. Graduada.



Termostato.



Tubo de goma y bombilla soporte y pinzas.

REACTIVOS: 

Aceite lubricante.



Tolueno

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Lavar debidamente el viscosímetro con mezcla sulfocrómica caliente, luego enjuagar con agua destilada, seguido por acetona y seguidamente secado por aspiración de aire seco a través de él. El viscosímetro es colocado verticalmente en el baño termostático (figura 2) a la temperatura de 25ºC, con ayuda de la pipeta, se introduce un volumen conocido de agua destilada, dejando luego que alcanza la temperatura de equilibrio del baño, por succión a través de un tubo de goma, acoplado al viscosímetro, se eleva el liquido en la rama capilar basta que el menisco en atravesar sucesivamente las señales a y b. La experiencia debe repetirse empleando el mismo volumen de benceno, luego aceite lubricante. La experiencia con cada uno de los líquidos debe realizarse a las temperaturas de 25ºC, 30ºC, 35ºC y 40ºC.

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CALCULOS Y RESULTADOS:

 

T°C

1

25

2

30

30.922

3

35

30.922

 (seg)





3.86



(gr)

N°

30.922



(gr)

73.00814

 (seg)

4.166

(gr)

V(ml)

92.2418

50

73.9315

92.2108

50

73.62080

91.9615

50



 (gr)

180.10

    0.8417228

1.226396

3.66

3.80

137.533

0.859623

1.225776

3.40

3.40

96.73

0.853976

1.22079

T°K 298.15 303.15 308.15

(1/T)°K -3 3.354016435(10 ) -3 3.298697015(10 ) -3 3.245172805(10 )

Datos del manual del ingeniero Químico



T°C 25 30 35

 

(Cp)

0.815 0.8007 0.7225

0.9971 0.995678 0.994061

TOLUENO:

T°C

n (Cp)

Ln(n)

Ln(n/)

25

0.8154275327

-0.2040427233

-0.03173818819

30

0.7177305882

-0.331661057

-0.1803996478

35

0.6206839017

-0.4769333416

-0.319081153

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(1) Densidad del Tolueno a diferentes temperaturas:

a) A 25°C

           

b) A 30°C

          

c) A 35°C

         

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(2) Viscosidad a diferentes Temperaturas:

a) A 25°C

b) A 30°C

c) A 35°C

                                               

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                 (3) Hallar E y A para el tolueno:





  ()                       

(4) Hallar la H:

        

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   

(5) Hallar la ∆S:

  



        

   

        

  



        

  

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GLICERINA:

T°C

n (Cp)

Ln(n)

Ln(n/)

25

51.36194395

3.938897508

3.734817721

30

37.04144003

3.612037287

3.408463174

35

25.24341167

3.228565198

3.029067008

(1) Densidad de la Glicerina diferentes temperaturas: a) A 25°C

           

b) A 30°C

           

c) A 35°C

    

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      

(2) Viscosidad a diferentes Temperaturas:

a) A 25°C

b) A 30°C

                                             

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   c) A 35°C

                             (3) Hallar E y A para el tolueno:

  () 

 

             

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

         

    (4) Hallar la H:

            

(5) Hallar la ∆S:

  



        

   

        

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   

        

  

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CONCLUSIONES 

A mayor temperatura el valor de la viscosidad va a disminuir.



La viscosidad de un líquido depende de varios factores externos.



Si modificamos estos factores, la viscosidad de un líquido también variara, pues la viscosidad depende de estos.



Las viscosidades de los líquidos se pueden calcular a partir de las densidades que se calculan para cada temperatura.



Los líquidos con viscosidades bajas fluyen fácilmente y cuando la viscosidad es elevada el líquido no fluye con mucha facilidad.

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RECOMENDACIONES



Tratar de mantener la temperatura constante cuando se trabaja con el viscosímetro Ostwald, para la determinación de las viscosidades de las diversas soluciones que se van a estudiar.



Se deben tomar los tiempos de manera exacta cuando el liquido que se estudia pasa de un punto A a un punto B en el viscosímetro.



Los materiales que se utilizan para las diversas mediciones se deben lavar y secar por completo en la estufa.



El picnómetro debe de ser llenado completamente hasta el capilar; luego del baño se debe de secar por completo el picnómetro antes de ser pesado.

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BIBLIOGRAFIA:



Daniels and others: “experimental physical Chemistry” Six edition.

Kogakusha Company. 

Findlay, Alexander: “Prácticas de Fisico-Química” Editorial medico

quirurgica. Buenos Aires. 

Moore, W: “Physical Chemistry” Fourth edition. Logams.

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EJERCICIOS: 1. Demuestre a partir de la mecánica de la fluidez que la relación de las viscosidades de dos líquidos esta dad por la expresión:

   

Donde:

      y

: Viscosidades

 y

: Densidades de los líquidos.

 y

: Intervalos de tiempo que tardan los liquidos para fluir entre 2

marcas del viscosímetro de Oswald.

             

Dicha fórmula sirve para medir la viscosidad.

Reemplazando:

Para el mismo volumen en el segundo liquido:

Dividiendo:

Por lo tanto:

          

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   2. ¿De qué depende la viscosidad? La viscosidad depende de la cohesión y del grado de transferencia de cantidades de movimiento de sus moléculas. La cohesión es la causa predominante de la viscosidad en un líquido como la cohesión disminuye con la temperatura, a la viscosidad le sucede lo mismo, disminuye con la temperatura.

3. Efectuar un grafico de la viscosidad en función de la temperatura para varios líquidos representativos Hallaremos la grafica del éter etílico, benceno, agua, tetracloruro de carbono.

4. Como explica la fluidez de un líquido. La resistencia de un líquido de fluido a la tensión de cortadura depende de la cohesión y del grado de transferencia de cantidades de movimiento de sus moléculas. Un líquido con sus moléculas mucho más cercanas que un gas, tiene unas fuerzas de cohesión mayores que este. La cohesión parece ser la causa predominante de la viscosidad de un líquido y como la cohesión disminuye con la temperatura a la viscosidad le sucederá lo mismo.

5. Discuta el significado de los datos de viscosidad de 2 líquidos en el cuadro siguiente: Líquido

Densidad (    ) Viscosidad (  )

o-xileno

0.880

0.879

m-xileno

0.864

0.650

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p-xileno

0.861

0.700

Un líquido de mayor densidad presenta mayor viscosidad. Las densidades están ordenadas en forma decreciente, al igual que las viscosidades, pero se observa que 0.879Cp baja a 0.650Cp, también se puede ver que la próxima viscosidad es ligeramente mayor (0.700Cp).

6. Proyecte un método mediante el cual podría medirse la viscosidad de un gas. Se observa con los líquidos que normalmente el coeficiente térmico de la viscosidad es e negativa(es decir que la viscosidad desciende a medida que la temperatura aumenta) ¿Cómo espera Ud. Que sea el coeficiente térmico de la viscosidad del gas (explique la respuesta)?. La viscosidad de un gas aumenta con la temperatura La viscosidad de un líquido disminuye con la temperatura Este tipo de comportamiento con las variaciones de temperatura se puede explicar examinando las causas de la viscosidad. Los movimientos moleculares en los gases dan lugar a una tensión de cortadura aparente que es más importante que la fuerza cohesiva. En la tabla siguiente las viscosidades y densidades a 20ºC están dadas para mezclas de alcohol y agua.

7. Calcule el tiempo requerido para que cada solución dada, pase las dos marcas del viscosímetro de Ostwald, si la muestra del alcohol puro necesita 50seg para hacerlo. 3

Alcohol % en peso Densidad(gr./cm )

Viscosidad (cp)

10

0.98187

1.538

20

0.96864

2.183

30

0.95382

2.710

40

0.93518

2.910

50

0.91384

2.870

60

0.89113

2.670

70

0.86766

2.370

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80

0.84344

2.010

90

0.81797

1.610

100

0.78934

1.200

                        En forma análoga se resuelve los demás y lo denotaremos en la siguiente tabla: 3

Alcohol % en peso Densidad(gr./cm ) 10 0.98187 20 0.96864 30 0.95382 40 0.93518 50 0.91384 60 0.89113 70 0.86766 80 0.84344 90 0.81797 100 0.78934

n(cp) 1.538 2.183 2.710 2.910 2.870 2.670 2.370 2.010 1.610 1.200

T(seg.) 51.5 74.1 93.4 102.3 103.3 98.5 89.8 78.8 78.4 64.7