INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA:

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

En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o la temperatura.Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta.Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). Sin embargo, existen notables excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperaturas.[cita requerida]El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, por lo que típicamente la compresibilidad de un líquido o sólido es de 10–6 bar–1 (1 bar=0,1 MPa) y el coeficiente de dilatación térmica es de 10–5 K–1.Por otro lado, la densidad de los gases es fuertemente afectada por la presión y la temperatura.

No tomes en consideración la ecuación de los gases perfectos que alguien te ha puesto. Estamos hablando de solidos.

La presión no afecta a la densidad de un solido puesto que no existe variación de volumen apreciable a no ser a presiones muy muy muy elevadas.

La temperatura si afecta y mucho, (en los railes del tren se dejan ciertos espacios entre ellos para evitar que por la dilatación pueda deformar la via).

La densidad es la masa que tiene la unidad de volumen -- ro =m/v -- Si vario el volumen varia la densidad para una determinada masa.

Si aumenta la temperatura, aumenta el volumen y disminuye la densidad y si disminuye la temperatura, disminuye el volumen para la misma masa, luego aumenta la densidad.

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL VOLUMEN DE UN GAS

Álvaro García Burgos, Luis González de la Huebra  Rodríguez, M. Ángel de Jorge y Turrión

Colegio Marista Champagnat. Salamanca

Resumen 

            Con este experimento intentamos observar la influencia de la temperatura en el

volumen de un gas. Para ello utilizamos azul de metileno, hielo troceado, una pipeta, un

vaso, agua caliente y una microbandeja. Observamos, cómo al poner en contacto la

disolución de azul de metileno en agua, con los hielos troceados, a través de una pipeta,

el azul de metileno, se introduce en la pipeta alcanzando casi el final de la misma,

mientras que, poniendo agua caliente en lugar de los hielos, el azul de metileno

retrocede.

Keywords: temperatura, volumen, gas, dilatación, ley de Gay Lussac

Introducción

Un gas es un fluido sin forma ni volumen propios, cuyas moléculas tienden a separarse unas de otras (Enciclopedia Encarta Microsoft, 1998).

A presión constante, el volumen de un gas ideal es proporcional a su temperatura absoluta. Por cada aumento de temperatura de 1 ºC, el volumen de un gas aumenta en una cantidad aproximadamente igual a 1/273 de su volumen a 0 ºC (Gay-Lussac, 1778). El volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión (Boyle-Mariotte, 1662). La combinación de estas dos leyes proporciona la ley de los gases ideales pV = nRT.

El volumen de un gas refleja simplemente la distribución de posiciones de las moléculas

que lo componen.

Cuando un gas se calienta, su volumen aumenta, sus partículas se separan y su densidad disminuye.

El aumento de volumen con la temperatura es superior en los cuerpos que se encuentran en estado gaseoso que en los líquidos o los sólidos. En los gases, grandes expansiones de volumen pueden inducirse con tan sólo un leve incremento de la temperatura, debiéndose tener en cuenta la condición por la cual la presión de un gas permanece constante.

El incremento de volumen que tiene lugar al calentar un gas a presión constante es proporcional a su volumen inicial y al aumento de la temperatura (Consultor del estudiante, 1995).

Material y métodos

        Disolución de azul de metileno

        Pipeta

        Hielo en trocitos

        Microbandeja

        Vaso medidor

1.      Llenar una cavidad grande de la microbandeja con agua y añadirle un par de gotas

de la disolución de azul de metileno.

2. Poner el bulbo de la pipeta en el vaso medidor.

3. Dirigir el tubo de la pipeta hacia la cavidad de la microbandeja que contiene el

agua coloreada.

4. Poner unos pocos trocitos de hielo en el vaso medidor, alrededor del bulbo de la

pipeta.

5. Retirar el hielo del vaso, de forma que el bulbo de la pipeta ya no esté en

contacto con él. Dejar que el aire contenido en la pipeta adquiera la temperatura

ambiente.

6. Añadir un poco de agua caliente al vaso medidor.

Resultados:

            En uno de los compartimentos de la microbandeja, hemos puesto la disolución

de azul de metileno. Hemos introducido en él, el extremo de la pipeta y en el otro lado,

en el del bulbo, hemos colocado un vaso, al que hemos añadido, primero hielo y

posteriormente agua caliente.

            Cuando pusimos los trozos de hielo en el vaso, el azul de metileno, llenó

prácticamente toda la pipeta. Ello se debe a que el aire de la pipeta se comprime y por

ello el líquido, el azul de metileno, puede llenar todo el espacio de la pipeta.

            En cambio, cuando metimos el bulbo de la pipeta en el vaso con agua caliente,

lo que sucedió fue lo contrario: el volumen del aire de la pipeta, se dilató y por ello, el

azul de metileno desapareció de la pipeta.

Discusión:

            Como queríamos comprobar, este experimento es una aplicación de la ley de

Gay Lussac (Babor et al, 1995), que él enunció como una relación directamente

proporcional, entre la temperatura y el volumen de un gas, a presión constante. Es decir

cuanto mayor es la temperatura de un gas, mayor es el volumen que ocupa dicho gas.

Por el contrario cuanto más disminuye su temperatura, menor es su volumen. Por eso el

azul de metileno de nuestro experimento, podía ocupar más o menos espacio en la

pipeta, según fuera mayor o menor la temperatura del aire, cuando introducíamos el

bulbo en agua caliente, o en hielo.

            Del mismo modo, hemos podido comprobar que dejando la pipeta introducida

en el azul de metileno a temperatura ambiente, después de haberla sacado del hielo, el

azul de metileno, iba poco a poco disminuyendo de nivel, precisamente porque al irse

calentando el aire, éste se iba expandiendo y así iba desplazando al líquido.

Referencias

- BOYLE, Mariotte  (1995).   www.saburchill.com/physics/practicals/

-BABOR, J. A. & IBARZ, J. (1935). Química General Moderna, pp 45.

-CONSULTOR DEL ESTUDIANTE (1995). Física y química, Dilatación de los gases,

pp 70-71.

-ENCICLOPEDIA ENCARTA MICROSOFT (1998). Gases.

-GAY LUSSAC, J. L. (1778). Ley de Gay Lussac, Internet: www.geocities.com\fdocc\

g-lussac.htm.

Pregunta 2

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Español

Fernando Prado Cadavid 0835196, Julio César Peláez 093853, Emerson OcampoBiojo 0937403PROPIEDADES REOLÓGICAS: VISCOSIDADResumen

E n e s t a p r á c t i c a s e d e t e r m i n ó l a viscosidad por medio de un instrumentode medición, el viscosímetro Brookfield.A l a l i m e n t o a l q u e s e l e m i d i ó e s t a p r o p i e d a d r e o l ó g i c a f u e a l a l e c h e c o n d e n s a d a a l a c u a l s e l e t o m ó l a v i s c o s i d a d c o m o m u e s t r a e s t á n d a r , después se tomaron varias muestras,l a s c u a l e s s e d i l u y e r o n e n d i f e r e n t e s p e s o s ( v o l ú m e n e s ) d e l e c h e condensada con agua, en total fueron 4d i s o l u c i o n e s , l a p r i m e r a 4 5 m L d e m u e s t r a y 5 m L d e a g u a , l a s e g u n d a 40mL de muestra y 10mL de agua, la t e r c e r a 3 5 m L d e m u e s t r a y 1 5 m L d e a g u a y l a c u a r t a y ú l ti m a 3 0 m L d e m u e s t r a , s e

p r o c e d i ó a m e d i r y e l comportamiento fue que a más diluida l a l e c h e c o n d e n s a d a e l fl u i d o s e c o m p o r t a b a m á s c o m o u n f l u i d o n e w t o n i a n o y d e j a b a d e s e r n o newtoniano seudoplástico, esto debidoa que está diluida en agua y éste es unfluido newtoniano, además se notó queen la muestra patrón en las velocidadesdespués de 20 ¿unidades? no se podíam e d i r l a v i s c o s i d a d y d e s p u é s e n l a ú l ti m a d i s o l u c i ó n e n l a s p r i m e r a s velocidades 0,5 a 2,5 ¿unidades? nohubo lectura de viscosidad.

Introducción

La reología es la ciencia que estudia elfl u j o y d e f o r m a c i o n e s d e s ó l i d o s y fl u i d o s ; b a j o l a i n f l u e n c i a d e f u e r z a s mecánicas.P a r a e l e s t u d i o d e l c o m p o r t a m i e n t o reológico de los diferentes productos,es necesario recurrir a la reometría, loq u e p e r m i t e c o n o c e r d i c h o c o m p o r t a m i e n t o , y s e r u ti l i z a d o e n distintos campos de la industria. Así, las medidas reológicas de un productoe n l a e t a p a d e m a n u f a c t u r a p u e d e n servir como control de calidad de dichop r o d u c t o . T a m b i é n p u e d e l l e g a r a correlacionarse la microestructura deu n p r o d u c t o c o n s u c o m p o r t a m i e n t o reológico, lo que permite el desarrollod e n u e v o s m a t e r i a l e s . L a r e o m e t r í a permite obtener ecuaciones reológicas,q u e s e a p l i c a n e n i n g e n i e r í a d e p r o c e s o s , s o b r e t o d o e n l a s o p e r a c i o n e s u n i t a r i a s q u e i m p l i c a n t r a n s f e r e n c i a d e c a l o r y c a n ti d a d d e movimiento. Finalmente, conociendolas exigencias de los consumidores, esp o s i b l e o b t e n e r u n p r o d u c t o q u e s e adecúe a estas exigencias.En las industrias alimentarias se trabajamuy frecuentemente con productos quese encuentran en fase líquida, en todaso e n a l g u n a s d e l a s o p e r a c i o n e s i n d u s t r i a l e s r e a l i z a d a s s o b r e l o s mismos (concentración, evaporación,pasteurización, bombeo, entre otras),siendo imprescindibles un buen diseñod e c a d a i n s t a l a c i ó n p a r a u n funcionamiento óptimo del proceso. Enel diseño de todo proceso es necesarioconocer, entre otras, las característicasfísicas de las corrientes que lo forman.U n a d e e s t a s c a r a c t e r í s ti c a s e s e l

c o m p o r t a m i e n t o r e o l ó g i c o d e l fl u i d o q u e s e p r o c e s a , p a r a e v i t a r p o s i b l e s sobredimensionamientos de bombas,c o n d u c c i o n e s , e v a p o r a d o r e s , q u e podrán repercutir negativamente en laeconomía del proceso.La viscosidad se utiliza en el cálculo dep a r á m e t r o s d e f e n ó m e n o s d e transporte de cantidad de movimiento ye n e r g í a , a s í c o m o p a r a e l c o n t r o l d e calidad de ciertos productos. Debido ae l l o , e n l a s e c u a c i o n e s d e l m o d e l o matemático planteado para las

diversaso p e r a c i o n e s q u e f o r m a n u n determinado proceso, intervienen lasc o n s t a n t e s r e o l ó g i c a s d e l o s fl u i d o s q u e s e p r o c e s a n y q u e s e d e b e n d e t e r m i n a r , g e n e r a l m e n t e , m e d i a n t e e x p e r i m e n t a c i ó n e n c a d a c a s o particular. Es por ello que es de sumaimportancia la caracterización reológicade las diferentes corrientes fluidas y ladeducción de ecuaciones que permitanc a l c u l a r d i r e c t a m e n t e l a s c o n s t a n t e s r e o l ó g i c a s e n f u n c i ó n d e l a l i m e n t o c o n s i d e r a d o y d e l a s v a r i a b l e s d e operación.Entre los alimentos que se encuentranen fase líquida, bien sea en el procesoindustrial de preparación, o bien en lap r e s e n t a c i ó n y u ti l i z a c i ó n p o r e l consumidor, pueden citarse las pastas,purés, bebidas, ovoproductos, lácteos,z u m o s n a t u r a l e s d e f r u t a s , concentrados vegetales, sales, entreotros. (Ibarz,

et al

., 2005)

Objetivos

•

Identificar los diferentes tipos defl u i d o s ( N e w t o n i a n o s , n o Newtonianos).

•

P o d e r r e a l i z a r u n e s t u d i o d e m e d i d a d e v i s c o s i d a d c o n instrumentos de laboratorio.

•

Ver la importancia de la lecturad e g r á fi c a s d e v i s c o s i d a d v s g r a d i e n t e d e v e l o c i d a d p a r a determinar el tipo de fluido.

MetodologíaMateriales

•

Viscosímetro Brookfield

•

Leche Condensada

•

Agua

•

Probeta, agitador En esta práctica se tomó una muestrapatrón de leche condensada y cuatromás de leche condensada diluidas cona g u a a d i f e r e n t e s c o n c e n t r a c i o n e s , l u e g o s e t o m a r o n u n a a u n a y s e l e s m i d i ó l a v i s c o s i d a d a d i f e r e n t e s v e l o c i d a d e s e n e l V i s c o s í m e t r o Brookfield y se tomaron los datos parae s t a b l e c e r m e d i a n t e g r á fi c a s d e viscosidad vs gradiente de velocidad elcomportamiento de cada disolución yv e r e n q u e i n f l u y e e l a g u a e n l a viscosidad de la leche condensada.

Resultados y discusión

L a s fi g u r a s e s t á n r e l a c i o n a n d o v i s c o s i d a d f r e n t e a g r a d i e n t e d e v e l o c i d a d ; a d e m á s l a v i s c o s i d a d f u e t o m a d a e n c e n t i p o i s e y s e c o n v i r ti ó previamente a Pa.s.P a r a e n t e n d e r e l c o m p o r t a m i e n t o r e o l ó g i c o d e l a s d i f e r e n t e s m u e s t r a s f u e n e c e s a r i o o b t e n e r l a s c u r v a s d e flujo para cada uno.

E l c o m p o r t a m i e n t o d e l a l e c h e c o n d e n s a d a p a r a l a m u e s t r a 1 s i n l a presencia de agua figura 1.

F i g u r a 1 . V i s c o s i d a d v . s G r a d i e n t e de velocidad (muestra 1)

Como se observó en la figura podemosver que la viscosidad no es constante,por lo tanto es un fluido no newtoniano.E s t e ti p o d e f l u i d o c o n e s t a s c a r a c t e r í s ti c a s e s c o n s i d e r a d o c o m o seudoplásticos, ya que su viscosidadd i s m i n u y e a m e d i d a q u e c r e c e e l g r a d i e n t e d e v e l o c i d a d , a s í c o m o s e observó en la figura 1.Para la muestra 2 se usaron 45mL deleche condensada y 5mL de agua y sucomportamiento se aprecia en la figura2.

F i g u r a 2 . V i s c o s i d a d v . s G r a d i e n t e de velocidad (muestra 2)

C o m o s e o b s e r v a e n l a fi g u r a 2 l a muestra presentó un comportamientosimilar al visto en la figura 1, sólo quem o s t r ó a l fi n a l q u e l a v a r i a c i ó n d e l a viscosidad fue poca, esto debido a quefue diluida en agua. Ya que el agua esel fluido newtoniano por excelencia, asíq u e e s d e e s p e r a r s e q u e e n t r e m á s d i l u i d a e s t é l a l e c h e e n a g u a é s t a empiece a mostrar un cambio de fluidono newtoniano a un fluido newtoniano.E l c o m p o r t a m i e n t o d e l a l e c h e condensada para la muestra 3, 40mLd e l e c h e d i l u i d a e n 1 0 m L d e a g u a ( fi g u r a 3 ) c o m o e r a d e e s p e r a r s e l a viscosidad bajó.

F i g u r a 3 . V i s c o s i d a d v . s G r a d i e n t e de velocidad (muestra 3)

C o m o s e a p r e c i a e n l a fi g u r a 3 l a v i s c o s i d a d d i s m i n u y ó considerablemente presentándose aúnmás constante al final, lo que significaq u e e s t á p e r d i e n d o a u n m á s s u c o n c e n t r a c i ó n y a c e r c á n d o s e a u n f l u i d o

n e w t o n i a n o . P o r s u comportamiento se puede decir que esun fluido independiente del tiempo.C o m p o r t a m i e n t o d e l a m u e s t r a 4 ; 35mL de leche condensada diluida en15mL de agua figura 4.

F i g u r a 4 . V i s c o s i d a d v . s G r a d i e n t e de velocidad (muestra 4)

E n l a f i g u r a 4 s e o b s e r v a c o m o l a m u e s t r a 4 p r e s e n t ó v a l o r e s m á s constantes y viscosidades más bajas,estos valores de la viscosidad son sóloa p a r e n t e s y a q u e n o e s u n f l u i d o constante.Comportamiento de la muestra 5; 30mLde leche condensada diluida en 20mLde agua figura 5.

F ig u r a 5 . V i sco s idad v . s G r ad ien te de velocidad (muestra 5)

En la figura 5, ya se ve claramente la te ndenc ia qu e p re sen tó e l l í qu i do a lpresentar diferentes concentraciones,l a l e che co ndensad a e s un f l u i d o no newtoniano pero entre más diluida estéen agua tiende a comportarse como unfluido newtoniano hasta que llega a ungradiente de velocidad de 100rpm enese momento la viscosidad desciendeaún más.La leche, que es una emulsión acuosade glóbulos grasos de mantequilla de0 , 0 0 1 5 - 0 , 0 0 1 m m d e d i á m e t r o y contiene cerca del 87% de agua, 4% degrasa, 5% de azúcar (mayoritariamentel a c t o s a ) , y 3 % d e p r o t e í n a s ( m a y o r i t a r i a m e n t e c a s e í n a ) , e s u n líquido newtoniano. Fernández (1972)apun t ó que l a v i sco s idad de l a l ech e d e p e n d e d e l a t e m p e r a t u r a , concentración, y el estado físico de lag r asa y p r o te ínas l a cua l a su vez es afectada por los tratamientos térmicosy mecánicos. Fernández encontró quelas leches concentradas son líquidosn o n e w t o n i a n o s , p e r o l a l e c h e c o n c e n t r a d a p r e s e n t a u n a d é b i l dependencia de la cizalla.Po r l o an t e r i o r pu ede dec i r se que l a m u e s t r a 5 a 4 7 º B r i x p r e s e n t a e n s u m a y o r í a u n c o m p o r t a m i e n t o newtoniano.L o s f l u i d o s s e u d o p l á s t i c o s s e c a r a c t e r i z a n p o r q u e s u v i s c o s i d a d aparente decrece cuando aumenta elgradiente de velocidad de deformación.E s t e c o m p o r t a m i e n t o i n d i c a u n a ruptura o reorganización continua de laestructura, dando como resultado unamenor resistencia al flujo, y es debido ala presencia de sustancias de alto pesomolecular, así como a la dispersión des ó l i d o s e n l a f a s e s ó l i d a ( S h e r m a n , 1970).Es muy difícil saber si es tixotrópico or e o p é c t i c o , y a q u e l a s m u e s t r a s n o fu e ro n so me t id a s a un g r a d ie n te de v e l o c i d a d c o n s t a n t e , p e r o s i s u v i s cos ida d d i sm i nuyó puede se r quesea tixotrópico.

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