informe oficial fiqui viscosidad y densidad (1)

8/10/2019 Informe Oficial Fiqui Viscosidad y Densidad (1)

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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I

RESUMENEl objetivo al realizar esta experiencia es determinar la viscosidad de la

glicerina mediante el mtodo de Stormer, consisti en medir la resistencia

de la glicerina para distintas masas, y la densidad de la glicerina y el agua a20C y 30C mediante el mtodo del picnmetro.

Las condiciones de laboratorio en las cuales se realiz el trabajo fueron:

Presin (756mmHg)

Temperatura (20C)

% de humedad (94)

En esta experiencia se determin que la viscosidad de la glicerina fue de

504.47cpcon un %error 47.12%.Respecto a la densidad, obtuvimos:

20C

(g/cm3)

30C

(g/cm3)

%error a20C

%error a30C

Glicerina 4.24% 4.52%


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INTRODUCCIN

La prctica de viscosidad es una prctica muy importante en el sentido

industrial debido a que esta se fundamenta mucho en leyes fsicas y qumicas

que nos permite entender porque tal compuesto es ms espeso que otro, oporque 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. El poder estudiar la viscosidad de

una sustancia nos ayuda a concluir cuanto vara con respecto a la temperatura,

si es mas viscoso o menos viscoso, etc.

El conocimiento de la viscosidad de un lquido nos ayuda en el rea demecnica de fluidos ya que podemos saber qu tipo de lquido es importante y

porque usarlo en tal mquina para que esta funcione en ptimas condiciones.

Toda materia posee masa y volumen. Las mismas masas de sustancias tienden

a ocupar distintos volmenes. Para poder determinar ligereza o pesadez de una

sustancia, utilizaremos Densidad a mayor densidad ms pesado ser el cuerpo.

La masa y el volumen son propiedades generales de la materia, es decir son

comunes a todos los cuerpos materiales y adems dependen de la cantidad. En

cambio la densidad es una propiedad caracterstica de la materia.


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FUNDAMENTO TEORICO

Los fluidos reales se caracterizan por poseer una resistencia a fluir esta

resistencia se llama viscosidad. Eso significa que en la prctica para mantener

la velocidad en un lquido es necesario aplicar una fuerza o presin, y si dicha

fuerza cesa el movimiento del fluido cesa eventualmente tras un tiempo finito.

La viscosidad de un lquido crece al aumentar el nmero de moles y disminuye

al crecer la temperatura. La viscosidad es una medida de la resistencia aldesplazamiento de un fluido cuando existe una diferencia de presin.

Fluido.-Es un medio el cual presenta molculas que tienen fuerza de atraccin

muy dbiles, este trmino engloba a los lquidos y a los gases,

consecuentemente los lquidos mantendrn un volumen del recipiente que los

aloja y los gases carecen de volumen y de forma propia.

Viscosidad dinmica o absoluta.- Es el cociente del esfuerzo cortante al cual es

sometido y la razn de deformacin (gradiente de velocidad) para un fluido

newtoniano ; es decir ,para un fluido que su viscosidad permanece constante

en el tiempo, se define como:

: Esfuerzo Cortante

: Viscosidad absoluta.

( du/dy ) : Gradiente de Velocidad.

Viscosidad cinemtica.-Es la relacin de la viscosidad absoluta por la

densidad del fluido.

Las unidades son cm2*s-1.

Mtodo de Stormer.-Este viscosmetro consiste de dos cilindros, uno fijo en

el cual se introduce la muestra, y un cilindro mvil. Una pesa, descendiendo por

efecto de la fuerza de gravedad, transmite el moviendo al cilindro mvil a

travs de una serie de engranajes, provocando un esfuerzo cortante sobre elfluido, inducido por las paredes del cilindro al girar.
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Densidad absoluta.-La densidad de una sustancia es constante y se define

como la masa presente por unidad de volumen D=M/V.

Densidad Relativa.-es relativa cuando se relaciona su valor con la de otrassustancias, como el agua.

Metodo del picnmetro.-Un picnmetro es un pequeo frasco de vidrio de

volumen exacto y conocido (Vp). Se pesa vaco (wp), luego se llena

completamente (incluido el capilar) con el lquido cuya densidad se desea

determinar y finalmente se pesa (wpl). Con estos datos se puede calcular ladensidad del lquido.


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PROCEDIMIENTO

Medicin de la viscosidad de lquidos con el Viscometro Stormer.a) Comprobar que el viscmetro se encuentra de manera fija, horizontal

sobre una mesa.

b) Llene en un vaso seco aproximadamente 200mL de la muestra patrn,coloque el vaso en el soporte del equipo y fjelo a una altura tal que la

muestra llegue a la marca de la hlice, 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.

c) Colocar las pesas necesarias en el porta pesas, para obtener las

revoluciones en un tiempo determinado.d) Con el cronometro en mano, libere el freno y simultneamente observeel movimiento del puntero y mida el tiempo necesario para completar

100 revoluciones.

e) Repita c) y d) para otros 2 juegos de pesas equivalentes a 125,150, y175g

f) .Repita b),c) y d) para la solucin problema, en este caso solo serequiere un juego de pesas, el cual debe elegir a fin de obtener unalectura de tiempo adecuada.

Determinacin de la densidad de la glicerina mediante el mtodo delPicnmetro

a) Enjuagar el picnmetro con agua de cao y agua destiladaposteriormente seque en la estufa.

b) Deje enfriar el picnmetro, luego pese el picnmetro(W1).c) Llene el picnmetro con agua desionizada y sumrjalo en un bao de

agua a temperatura ambiente, teniendo cuidado de llenarlo

completamente hasta el capilar, despus de 5 minutos retire el

picnmetro del bao, squelo exterioremente y rpidamente peselo(W2).

d) Retire el agua del picnmetro, squelo en la estufa, deje enfriar y vuelvaa pesar como en b) (W3).e) Repita c) usando glicerina pura en lugar de agua(W4).f) Repita la experiencia pero usando agua y glicerina a 30C.


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TABLA DE DATOS

TABLA N1. CONDICIONES DEL LABORATORIO

Presin (mmHg) Temperatura(C) Humedad Relativa

756 20 94

TABLA N2. MEDICION DE LA VISCOSIDAD

Datos obtenidos durante la experiencia con la solucin patrn a 20c - 200ml

m(gr) T1(s) T2(s) T3(s) Tprom(s)

100 27.45s 27.44s 27.92s 27.60s

125 25.16s 24.23s 24.30s 24.56s

150 21.38s 21.14s 21.60s 21.37s

175 19.45s 19.82s 19.55s 19.61s

TABLA N3. DATOS OBTENIDOS DE LA SOLUCIN PROBLEMA DEGLICERINA

m(gr) T1 (s) T2 (s) Tprom(s)

10019.19s 19.36s 19.28s

12517.50s 17.47s 17.49s

15016.03s 15.91s 15.97s

17513.51s 13.50s 13.5s


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TABLA N4. CALCULO PARA HALLAR LA PENDIENTE

(CP) m /m = Y t(s) = X /m*t = Y*X t2

= X2

954 100g 9.55

27.60s263.58 761.760

954 125g 7.6324.56s

187.39 603.193

954 150g 6.36

21.37s135.91 456.677

954 175g 5.45

19.61s106.87 384.552

Y=28.99 X=93.14 Y*X=693.75 X2=2206.182

TABLA N5. MEDICIN DE PESOS EN EL MTODO DEL PICNMETRO

T W1 W2 W3 W4

20C 10.4936g 20.9624g 10.4679g 23.1098g30C 10.4192g 20.9386g 10.4733g 23.0773g

TABLA N6. VALORES TEORICOS DE LA DENSIDAD DEL AGUA*

TEMPERATURA(C) DENSIDAD(g/cm3)

20 0.99819

30 0.99565

TABLA N7. VALOR TEORICO DE LA DENSIDAD DEL GLICERINA*

TEMPERATURA(C)DENSIDAD(

3cm

g)

20 1.26108

30 1.25495

* Datos obtenidos del Perrys Chemical Engineers Handbook, 8va Edicin.


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CLCULOS

1) CALCULO PARA HALLAR LA ECUACION /m vs t

Se sabe que la ecuacin que relaciona estos dos parmetros ser:

Que convenientemente lo expresaremos como:

..() ()

Lo cual correspondera a una recta, de donde:

22

/

ii

iiii

XXn

YXYXnm

^

22

2

ii

iiiii

XXn

YXXYXb

Los factores x e y fueron calculados en la seccin de cuadro de datos y ncorrespondera al nmero de trminos que disponemos, n=4.

Reemplazando valores:

Reemplazando estos datos en y tendremos la ecuacin experimental:

ec()

Segn () en () tenemos:

K=s-2 m-1

K*a= a=8.79719

cp m ( t- a )

Y = m X + b( m) = K tKa

( m) = t
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2) CALCULO DE LA VISCOSIDAD DE LA SOLUCION PROBLEMA APARTIR DE LA ECUACION ().

Acomodando la ecuacin () tenemos:

Reemplazando los datos de la TABLA N3 en esta nueva ecuacin tendramosel resultado de las viscosidades.

100g(cp)= = 524.4015cp

125g(cp)= = 543.5711cp

150g(cp)= = 538.2287cp

175g(cp)= = 411.7008cp

prom(cp)=504.47cp

Ahora compararemos el valor experimental con el teorico y hallaremos el error:

%Error=

cp
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3) CALCULO DE LA DENSIDAD DE LA GLICERINA A 20C

AGUAW1 = 10.4936g

W2 = 20.9624g

W2-W1 = 10.4688g

GLICERINA

W3 = 10.4679g

W4 = 23.1098g

W4-W3 = 12.6419g

Calcularemos la densidad de la glicerina haciendo uso de las siguientesformulas:

1

2

1

1

1

12

341

1

.

Ge

WW

WWGe

T

OH

T

T

T

A

T

T

g/cm3

g/cm3

%Error=

4) CALCULO DE LA DENSIDAD DE LA GLICERINA A 30C

AGUA

W1 = 10.4192g

W2 = 20.9386g

W2-W1 = 10.5194g

GLICERINA

W3 = 10.4733g


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W4 = 23.0773g

W4-W3 = 12.604g

Calcularemos la densidad de la glicerina haciendo uso de las siguientesformulas:

1

2

1

1

1

12

341

1

.

Ge

WW

WWGe

T

OH

T

T

T

A

T

T

g/cm3

g/cm3

%Error=


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DISCUSIN

Los clculos hallados as como el % de error puede ser resultadosde lo siguiente: Los clculos que se hicieron en la determinacin dela viscosidad de la Glicerina y de la solucin problema, pudo no serde del todo correcta, debido a que durante el manejo delviscosmetro la solucin puede ir perdiendo calor, ya que durante laprctica se recomienda que la temperatura se mantenga constante(25C).

Queda demostrado que sta solucin tiene alterada suconcentracin. Debido a esto es que tambin va a influenciar en ladeterminacin de la viscosidad. Pues se toma como referencia laglicerina pura y estando en mal estado, el error se incrementa.

El error de la viscosidad puede ser influido de manera directa por lavisualizacin e interpretacin del observador as como la malautilizacin del cronometro.

En los resultados obtenidos se presenta nuevamente el caso, questos errores son debido a diferentes causas como:

Errores de medicin y toma de tiempo de revoluciones

Alteracin de la glicerina pura, etc.


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CONCLUSIONES

La viscosidad de un lquido comnmente disminuye cuando aumenta

la temperatura.

La viscosidad de los fluidos disminuya a medida que aumenta latemperatura lo cual podemos notar cuando calentamos la glicerina .

El coeficiente de viscosidad de la muestra patrn es casi dos vecesmayor que el de la muestra problema de glicerina, por lo tanto la

primera es mucho mas viscosa y esto pudo notarse con un simpleanlisis cualitativo de ella (a simple vista).

La ecuacin matemtica n (cp) = Km (t - a), convierte laviscosidad de la muestra desde segundos por 100 revoluciones aviscosidad absoluta y perciban el valor en centipoises.

Del experimento podemos concluir que cuando determinamos la

viscosidad de la glicerina mientras mas es el peso que se le aplica

menor es el tiempo que se necesita para que de 100 revoluciones.


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ANEXOSLey de Stokes.La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de friccin

experimentada por objetos esfricos movindose en el seno de un fluido

viscoso en un rgimen laminar de bajos nmeros de Reynolds. Fue derivada

en1851 porGeorge Gabriel Stokes.En general la ley de Stokes es vlida en el

movimiento de partculas esfricas pequeas movindose a velocidades bajas.

Para los objetos muy pequeos domina la fuerza de rozamiento. La ley deStokes nos da dicha fuerza para una esfera: Fr= 6vr, donde r es el radio de

la esfera. Cuando una disolucin precipita, la velocidad de sedimentacin est

determinada por la ley de Stokes y vale:

v=2*(r2(0f)*g)/(9)

Conociendo las densidades de la esfera, el lquido y la velocidad de cada

se puede calcular la viscosidad a partir de la frmula de la ley de Stokes. Paramejorar la precisin del experimento se utilizan varias bolas. La tcnica es

usada en la industria para verificar la viscosidad de los productos, en caso

como laglicerina La ley de Stokes tambin es importante para la compresin

del movimiento de microorganismos en un fluido, as como los procesos de

sedimentacin debido a la gravedad de pequeas partculas y organismos en

medios acuticos.
http://www.ecured.cu/index.php/1851http://www.ecured.cu/index.php/George_Gabriel_Stokeshttp://www.ecured.cu/index.php/George_Gabriel_Stokeshttp://www.ecured.cu/index.php/Glicerinahttp://www.ecured.cu/index.php/Glicerinahttp://www.ecured.cu/index.php/George_Gabriel_Stokeshttp://www.ecured.cu/index.php/1851


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CUESTIONARIO

1.-Cmo se calcula la viscosidad de los lquidos usando nomogramas? Dar unejemplo.

El nomograma representa simultneamente el conjunto de las ecuaciones quedefinen determinado problema y el rango total de sus soluciones, en este casose usa la ecuacin de la viscosidad usando distintos mtodos.

Se calcula la viscosidad conociendo la temperatura y conductividad de un

liquido, el nomograma se construye partiendo de los valores de estas variablesy de los rangos de trabajo de las mismas, as como tambin delestablecimiento de los mdulos de trabajo.

Ejemplo

Para poder determinar la viscosidad de la caa de azcar se define laecuacin:

=1.718-6.924*10-4T-1.63*10-4K

Donde:

T= Temperatura

K= Conductividad

Para obtener estos valores y calcular la viscosidad usamos el nomograma quese muestra a continuacin:


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2.- En la formacin de soluciones, cmo vara la viscosidad.

Al formarse soluciones el fluido tendr una mayor facilidad para moverse, estoes claro indicio de que la resistencia a fluir ser menor y con ello tambin su

viscosidad; es decir al formarse soluciones la viscosidad disminuir.

3.- Indique otros mtodos experimentales para la determinacin de laviscosidad de liquidos, dando una breve explicacin.

Viscmetros estndar calibrados capilares de vidrio

Es un mtodo para determinar la viscosidad cinemtica de lquidostransparentes y opacos, para preparar la prueba de viscosidad, el tuboviscmetro 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 deregulacin superior.

Se retira la succin y se permite al lquido fluir bajo el efecto de la gravedad, seregistra el tiempo requerido para que el borde superior del menisco pase de lamarca de regulacin superior a la inferior.

En este caso la viscosidad se calcula multiplicando el tiempo del flujo por laconstante de calibracin del viscmetro (esta constante la proporciona elfabricante)

Viscosmetro couette o hatshek


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Consiste en un cilindro suspendido por un filamento elstico, al cual va unidoun espejo para determinar el ngulo de torsin en un modelo, o undinammetro provisto de una escala en otros modelos. Este cilindro estcolocado coaxialmente en un recipiente cilndrico, donde se encuentra ellquido cuya viscosidad ha de determinarse.

El cilindro exterior gira a velocidad constante y su movimiento es transferido allquido que ha su vez pone en movimiento el cilindro interior en torno de su ejehasta que la fuerza de torsin es equilibrada por la fuerza de friccin. Como elngulo de torsin es proporcional a la viscosidad, se puede determinar laviscosidad de un lquido, si se conoce la del otro lquido por comparacin de losdos ngulos de torsin.

Viscmetro de searle

El cilindro exterior es fijo y el cilindro interior gira, mediante poleas, por la

accin de dos pesos que caen. El cilindro interior est sometido a un par dearrastre, constante y conocido. La velocidad lmite se alcanza cuando el par deviscosidad equilibra el par arrastre.

Permite hacer una medida absoluta de la viscosidad, por ejemplo las mejoresmedidas absolutas de la viscosidad del aire se han hecho con un aparato deeste tipo, alcanzndose una gran precisin. Sin embargo un viscosmetro comoel de Searle, para ciertas velocidades de rotacin, el flujo puede llegar a serinestable ya que se forma un torbellino en forma de toros coaxiales a los doscilindros (torbellinos de Taylor) que pueden dar resultados errneos, por estoes preferible usa el Couette.

Se utiliza con frecuencia para las medidas relativas de lquidos muy viscosos,de suspensiones, de pinturas, de productos alimenticios, etc.


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BIBLIOGRAFIA

PONS MUZZO GASTN,

FISICOQUIMICAEDITORIAL Universo S.A, Per, 1969


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CROCKFORD, SAMUELFUNDAMENTO DE FISICOQUIMICA

Segunda Edicin del Ingls, 1981.

Perrys Chemical Engineers Handbook

8va Edicin.

http://fisica.unmsm.edu.pe/images/e/ee/GUIA-FG-2013-II.pdf

http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/3623/1/tema2RUA.pdf http://didactica.fisica.uson.mx/tablas/viscosidad.htm http://ojs.uo.edu.cu/index.php/tq/article/viewFile/1718/1257
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