practica 1 - viscosidad

UNIVERSIDAD PERUANA UNION

FACULTAD DE INGENERIA Y ARQUITECTURA

E.A.P. Ingeniería de Alimentos

PRACTICA 1

Viscosidad del agua

Practica presentada como parte de la asignatura de

Fisicoquímica

Autor

Alumno: Victor Raúl Apaza Mamani

Profesor (a)

Ing. Enrique Mamani Cuela

Juliaca, Octubre de 2012

Viscosidad del agua

I. Introducción.

Los alimentos pocas veces tienen propiedades reológicas simples además, la

mayoría de sus medidas están referidas a las condiciones arbitrarias impuestas

por un instrumento específico lo que se mide, generalmente, no es un

parámetro reológico puro sino la manera en la cual varían las propiedades bajo

algunos sistemas estandarizados de fuerzas aplicadas (Pérez 2009, p.13).

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

industrial debido a que esta se fundamenta mucho 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. (Citado por Huamani

2011, p.15)

Los propósitos de este experimento son, el determinar la viscosidad para la

determinación de la viscosidad utilizaremos el viscosímetro de Ostwald, al cual

se le introducirán los líquidos y luego soplando ligeramente estos llegaran por

encima de la marca que se encuentra arriba del bulbo superior y

posteriormente con la ayuda de un cronometro se tomara el tiempo que tarda

el líquido en recorrer el viscosímetro, desde la marca que se encuentra arriba

del bulbo superior hasta la marca que se encuentra abajo del bulbo superior.

I.1. Objetivos:

- Conocer el procedimiento para determinar la viscosidad por medio de los

viscosímetro de Ostwald.

- Comprobar la influencia de la temperatura sobre la viscosidad del agua a

temperatura ambiente, a 30°C y 50°C.

- Familiarizar a los aprendices en la Viscosidad del agua.

II. Fundamento.

II.1. La Viscosidad.

Según Ruiz (2006 p. 25) menciona que la viscosidad es una propiedad

asociada a la fricción o razonamiento interno de las sustancias que fluyen , se

miden fácilmente en las condiciones de flujo laminar el flujo laminar es el que

puede considerarse formado por delgadas laminas que fluyen unas sobre otras

a velocidades diferentes , cuando el flujo no sigue este esquema se llama

turbulento.

Los gases y los líquidos tienen una propiedad conocida como la viscosidad, la

cual se puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un líquido,

resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia la

viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del

movimiento de una capa de fluido con respecto a otro y es completamente

distinta de la atracción molecular ,se puede considerar como causada por la

fricción interna de las moléculas y se presenta tanto en gases ideales como en

líquidos y gases reales (Guzmán y otros 2008, p. 27).

II.2. Viscosidad en los Líquidos.

Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al flujo que los gases y en

consecuencia, tienen coeficientes de viscosidad mucho más altos los

coeficientes de viscosidad de los gases aumentan con la temperatura, en tanto

que los de la mayoría de líquidos, disminuyen asimismo se ha visto que los

coeficientes de viscosidad de gases a presiones moderadas son

esencialmente independientes de la presión, pero en el caso de los líquidos el

aumento en la presión produce un incremento de viscosidad estas diferencias

en el comportamiento de gases y líquidos provienen de que en los líquidos el

factor dominante para determinar la viscosidad en la interacción molecular y no

la transferencia de impulso (Citado por Huamani 2011, p.15).

III. Materiales y Métodos.III.1. Materiales.

3.1.1. Insumo.- Agua destilada a temperatura ambiente, 30°C y 50°C.

3.1.2. Materiales de vidrio y plástico.- Vaso de precipitado.

- Piseta.

3.1.3. Equipos.- Viscosímetro de Ostwald.

- Termómetro.

- Baño maría.

III.2. Metodología.3.2.1. Lugar de ejecución.

El lugar donde se llevó a cabo la práctica de Viscosidad del agua fue en el

laboratorio de química de la Universidad Peruana Unión – Juliaca.

3.2.2. Procedimiento.

La práctica consiste en saber cuan viscoso es la muestra por el método de

Ostwald para esto hicimos lo siguiente, primeramente adquirimos todos los

instrumentos que necesitábamos luego pasamos a la parte experimental que

consiste en:

- En primer lugar el viscosímetro debe estar completamente seco.

- Tomar lectura de las muestra a temperatura ambiente.

- Posteriormente con una piseta, llenar el depósito del viscosímetro con el

líquido problema (agua).

- Se le llena hasta el menisco sugerido.

- Soplar el líquido problema hasta el aforo.

- Tomar lectura del tiempo que tarda el líquido en bajar desde la marca

superior pasando por el segundo depósito, hasta la marca inferior.

- Repetir el procedimiento para realizar un promedio de los resultados.

- En un baño maría, colocar agua y calentarla hasta una temperatura de

30°C y 50°C.

- Ya que la temperatura del agua permanezca constante o con poca

variación, repetir los pasos 2, 3, 4, 5,6 y 7.

- Calculo: Viscosidad = densidad del agua a una temperatura x tiempo

transcurrido.

Así sucesivamente se llevó a cabo la práctica hasta hacer 3 repeticiones de

cada uno, para luego llevar los datos de los tiempos para reemplazar en la

fórmula para hallar la viscosidad y luego a un análisis estadístico para calcular

la media, la desviación estándar y la varianza.

3.2.3. La densidad conocida del agua.

Para los cálculos respectivos se necesitaran de datos como la densidad del

agua aquí en esta (figura 1) podemos observar las densidades del agua a

diferentes temperatura que nos servirán mucho en el reemplazo de datos.

Figura 1 – Densidad del agua

3.2.4. Viscosímetros.

3.2.4.1. Viscosímetro de Ostwald.

Es el más antiguo de los viscosímetros capilares de vidrio (ver figura 2)

como ocurre en general en este tipo de viscosímetros la fuerza impulsora

es la gravedad, se utiliza para líquidos newtonianos la determinación de

la viscosidad está basada en el tiempo que tarda determinado volumen

del líquido en fluir a través de un orificio tiene la limitación de que para

cada intervalo pequeño de viscosidad se necesita un aparato con un

diámetro diferente en el orificio de salida, por lo que hay que trabajar con

una serie de estos conociendo todas las medidas del viscosímetro se

puede calcular la viscosidad absoluta aplicando la fórmula de Hagenbach

Poiseville.

Como los líquidos newtonianos no necesitan más fuerzas que de la

gravedad para comenzar a fluir, en el caso de usar una bureta, deben

dejarse caer ambos líquidos desde una misma marca; por ejemplo, desde

cero, hasta el volumen deseado.

Figura 2- Viscosímetro de Ostwald

3.2.4.2. Viscosímetro Stormer.

Uno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el

viscosímetro Stormer (figura 3). En este equipo se introduce la sustancia a

analizar en el espacio comprendido entre un cilindro fijo (externo) y uno

móvil (rotor interno) el rotor es accionado a través de unas pesas y se mide

el tiempo necesario para que este rotor gire 100 veces.

Mientras mayor es la viscosidad de la sustancia, mayor es su resistencia a

deformarse y mayor es el tiempo necesario para que el rotor cumpla las

100 revoluciones. Puede demostrarse a través del análisis del fenómeno y

de las características constructivas del equipo que la viscosidad Absoluta

en cP es μ = 0,0262827∙m∙t, donde m es la masa colocada en el cuelga-

pesas y t el tiempo en segundos necesario para que el rotor de las 100

revoluciones.

Figura 3 - Viscosímetro Stormer

3.2.1.1. Viscosímetro Synchrolectric de Brookfield.

Su funcionamiento se basa en la rotación de una aguja o cilindro dentro del

material de prueba el dial del instrumento esta graduado de manera tal que

Plataforma

Móvil

Tacómetro

Portapesas

Cilindro Fijo

Rotor

la lectura, multiplicada por un factor, da directamente la viscosidad en

centipoises el aparato está accionado por un motor sincrónico de baja

velocidad y alto torque.

El mecanismo del tren de engranaje permite diferentes aumentos de cizalla

con lo que podemos medir un amplio intervalo de viscosidad con el mismo

instrumento. Materiales no newtonianos (Tixotrópicos, dilatantes, plástico)

pueden ser medidos a diferentes valores de cizalla, fácil y rápidamente,

cambiando la aguja, o la velocidad, o ambos. Existen en el comercio

diferentes tipos de viscosímetros Brookfield equipados con diferentes agujas

y que trabajan a varias velocidades.

Los modelos LV vienen con 4 agujas y de 4 a 8 velocidades las agujas se

atornillan en el pivote del cabezal, operación que debe hacerse con mucho

cuidado para no dañar el mecanismo el dial esta graduado en divisiones

simétricas de 0 a 100 y posee un apuntador.

3.2.1.2. Viscosímetro Saybolt.

Uno de los dispositivos existentes para hallar esta propiedad es el

viscosímetro Saybolt (figura 4), en el cual la muestra a analizar se introduce

en un cilindro con un orificio en su parte inferior (de 1/8 o 1/16”) el fluido se

deja escurrir a través del orificio y se mide el tiempo. Para las sustancias

poco viscosas se usa el orificio de 1/16” y el tiempo medido es denominado

segundos Saybolt Universal (SSU), mientras que para los fluidos más

viscosos se utiliza el orificio de 1/8” y el tiempo cuantificado es llamado

Segundos Saybolt Furol (SSF).

Para transformar estos SSU o SSF a las unidades convencionales de

viscosidad cinemática, se pueden usar las siguientes ecuaciones: υ =

SSU/4,6347 = SSF/0,4717.

Figura 4 - Viscosímetro Saybolt

GASTON PONS MUSSO.Fisicoquimica. Sexta edición.

3.2.1.3. Viscosímetro de tubo capilar.

Consiste en dos recipientes conectados por un tubo largo de diámetro

pequeño conocido como tubo capilar ,conforme al fluido fluye a través del

tubo con una velocidad , el sistema pierde energía, ocasionando una

caída de presión la magnitud de la caída de presión está relacionada con

la viscosidad del fluido mediante una ecuación.

3.2.1.4. Viscosímetro de cilindro concéntrico.

Por medio de un cilindro que gira a una cierta velocidad con respecto a

un cilindro interno concéntrico estacionario se determina du/dy al medir el

momento de torsión sobre el cilindro estacionario es posible calcular el

esfuerzo cortante el cociente entre el esfuerzo cortante y el cambio de

velocidad expresa la viscosidad ,si la velocidad de rotación es N rpm y el

radio es r2 , la velocidad del fluido en la superficie del cilindro externo

está dada por 2(r2N/60 ,con una separación entre cilindro y cilindro se

basa en una ecuación .

3.2.2. Cálculos.

Los datos los calculamos en Microsoft Excel para un rápido cálculo en la

siguiente la tabla.

Para hallar la media es lo siguiente:

- Primeros recoges datos, como en este caso sería nuestros pesos de

muestras repeticiones.

- A continuación lo resuelves la siguiente formula.

Media = a la suma de todos los datos

el número de repeticiones

Para hallar la desviación estándar:

DS=√∑(Xi−Media)2

n−1

Dónde:

- ∑(Xi−Media)2 es sumatoria del peso menos la media elevado al

cuadrado.

- n -1 es la cantidad de lecturas menos 1.

3.2.2.1. Reproducibilidad.

Es la característica de una metodología, que aplicada por diferentes

operadores en distintas oportunidades y diferentes lugares permite

obtener resultados similares.

IV. Resultados y Discusiones.IV.1. Resultados.

Para los rápidos cálculos de los datos utilizamos el Microsoft Excel que nos

ayudó bastante en esta práctica.

4.1.1. Datos de la práctica.

Datos de para hallar la viscosidad mediante Ostwald a temperatura ambiente

fue de 20.9 °C para obtener estos datos hicimos lo siguiente ya una vez

llenado el agua, en el equipo de Ostwald , soplamos hasta el foro luego

controlamos el tiempo hasta que baje del menisco indicado y este proceso

repitió y obtuvimos 3 repeticiones que se llevó a cabo en la práctica ver tabla -

1.

Tabla 1 – Temperatura ambiente

Temperatura (°C) Densidad(Kg/m3) Tiempo (seg.)

20.9 1000 43

20.9 1000 42

20.9 1000 44

Datos de para hallar la viscosidad mediante Ostwald a temperatura de 30°C

para obtener estos datos hicimos lo siguiente ya una vez llenado el agua, en el

equipo de Ostwald , soplamos hasta el foro luego controlamos el tiempo hasta

que baje del menisco indicado y este proceso repitió y obtuvimos 3

repeticiones que se llevó a cabo en la práctica ver tabla - 2.

Tabla 2 – A temperatura de 30°C.


30 995.71 35

30 995.71 37

30 995.71 36

Datos de para hallar la viscosidad mediante Ostwald a temperatura de 50°C

para obtener estos datos hicimos lo siguiente ya una vez llenado el agua, en el

equipo de Ostwald , soplamos hasta el foro luego controlamos el tiempo hasta

que baje del menisco indicado y este proceso repitió y obtuvimos 3

repeticiones que se llevó a cabo en la práctica ver tabla - 3.

Tabla 3 – A temperatura de 50°C.


20.9 988.92 28

20.9 988.92 27

20.9 988.92 30

4.1.2. Cálculo para hallar la viscosidad, la media, la desviación estándar y la varianza.

Para calcular los datos obtenidos, se utiliza las siguientes fórmulas para hallar

la viscosidad:

η=ηH 2O. ρ . t

ρH2O.

η=ρ .t

Donde:

η: Viscosidad dinámica.

ρ :Densidad.

t :Tiempo que recorre en el viscometro.

Se obtuvo que:

- A temperatura ambiente (20.9°C).

Densidad(Kg/m3) Tiempo (seg.) ρ . t η(Centipoise)

1000.00 43 1000.00 x 43 43000

1000.00 42 1000.00 x 42 42000

1000.00 44 1000.00 x 44 44000

- A temperatura de (30°C).


995.71 35 995.71 x 35 34849.85

995.71 37 995.71 x 37 36841.27

995.71 36 995.71 x 36 35845.56

- A temperatura de (50°C).


988.92 28 988.92 x 28 27689.76

988.92 27 988.92 x 27 26700.84

988.92 30 988.92 x 30 29667.6

En las siguientes tablas nos muestra la media, la desviación estándar y la

varianza para así saber la exactitud y la precisión de los datos que obtuvimos

de las repeticiones que se llevó a cabo en la práctica ver la tablas (4, 5,6).

Tabla 4 – cálculo de la media, la desviación estándar a temperatura ambiente.

Determinación de la media y desviación estándar en la viscosidad del agua

Lectura (n)

Datos de la viscosidad (Xi) (Xi - Media ) (Xi - Media ) ^2

1

43000 0 0

2

42000 -1000 1000000

3

44000 1000 1000000

∑Xi =129000∑(Xi - Media ) ^2

=2000000

La fórmula que utilizamos para calcular la media fue:

Media = ∑Xi

n

Dónde:

- ∑ Xi es la sumatoria de datos.

- n es el número de lectura.

Remplazando los datos seria entonces:

Media = 129000

3

Media = 43000

La fórmula que utilizamos para la desviación estándar fue:


n−1

Dónde:

- ∑ (Xi−Media)2 es sumatoria del peso menos la media elevado al

cuadrado.


Remplazamos los datos.

DS=√ 20000002

DS= 1000

Tabla 5 – cálculo de la media, la desviación estándar a temperatura de 30°C.


Lectura (n)


1

34849.85 -995.71 991438.404

2

36841.27 995.71 991438.404

3

35845.56 0 0

∑Xi =107536.68∑(Xi - Media ) ^2

=1982876.81


Media = ∑Xi

n

Dónde:




Media = 107536.68

3

Media = 35845.56



n−1

Dónde:


cuadrado.



DS=√ 1982876.812

DS= 995.71

Tabla 6 – cálculo de la media, la desviación estándar a temperatura de 50°C.


Lectura (n)


1

27689.76 -329.64 108662.53

2

26700.84 -1318.56 1738600.47

3

29667.6 1648.2 2716563.24

∑Xi =84058.2∑(Xi - Media ) ^2

=4563826.24


Media = ∑Xi

n

Dónde:




Media = 84058.2

3

Media = 28019.4



n−1

Dónde:


cuadrado.



DS=√ 4563826.242

DS= 1510.60

4.1. Discusiones.

Los fluidos son sustancias capaces de fluir y que se adaptan a la forma de los

recipientes que los contiene cuando están en equilibrio, los fluidos no pueden

soportar fuerzas tangenciales o cortantes , todos los fluidos son compresibles en

cierto grado y ofrecer poco resistencia a los cambios de forma (Giles et all., 1994).

20.9 20.9 20.9 30 30 30 50 50 500

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

T°C

promedioTemperatura (°C)viscosidad(η)

𝜂(cp)

Figura 5 – Viscosidad del agua en función de la temperatura

De acuerdo a la gráfica se hace notar que la viscosidad de un líquido

disminuye cuando se le aplica un aumento de temperatura.

De los métodos que podemos utilizar para conocer la viscosidad de un fluido

Newtoniano es usando como referencia un líquido en el cual conozcamos su

viscosidad y densidad, en este caso el líquido de referencia fue agua.

El viscosímetro de Ostwald determina la viscosidad gracias al uso del tiempo

en que tarda en pasar el líquido de la marca de un bulbo a otra.

La precisión de los datos obtenidos nos quiere decir que la determinación de la

media nos indica en promedio de datos reemplazados con una densidad ya

conocida para hallar la viscosidad por lo tanto decimos que la media de los tres

casos es la siguiente:

Media a temperatura ambiente (20.9°C)= 43000

Media a temperatura de 30°C = 35845.56

Media a temperatura de 50°C = 28019.4

El valor de la desviación estándar se toma como la incertidumbre absoluta

este caso la incertidumbre de la viscosidad del agua fue:

DS a temperatura ambiente (20.9°C )= 1000

DS a temperatura de 30°C = 995.71

DS a temperatura de 50°C = 1510.60

5. Conclusiones y Recomendaciones.5.1. Conclusiones.

En base a esta práctica de laboratorio podemos concluir que para conocer el

procedimiento para determinar la viscosidad por medio de los viscosímetro de

Ostwald es muy simple de utilizar consiste en soplar el líquido hasta el aforo y

luego controlar el tiempo en que baja el líquido hasta la medida indicada en el

quipo en la parte inferior y luego la viscosidad se halla mediante una ecuación.

Ya sabiendo los resultados reemplazados por los datos podemos decir que para

comprobar la influencia de la temperatura sobre la viscosidad del agua a

temperatura ambiente(20.9°C), 30°C y 50°C , que viscosidad de un líquido

disminuye cuando se le aplica un aumento de temperatura según la figura 5.

Además de los cálculos ya sacados con la ayuda de una calculadora y el programa

de Microsoft Excel nos hemos familiarizado con el concepto de viscosidad y los

tipos de viscosímetros.

5.2. Recomendaciones.

Para las recomendaciones se debe tomar en cuenta que para un análisis

determinado (la viscosidad ) , se debe tomar en cuenta muchos factores para no

cometer muchos errores y por supuesto la manipulación de los mismos, por tanto

antes de comenzar a trabajar se debe calibrar el material a utilizar, para saber si el

mismo está apto para su utilización.

También hay que tomar en cuenta que el material de vidrio no debe ser sometido a

temperaturas muy altas ni muy bajas, ya que el factor temperatura afecta

radicalmente el material, es decir, si sometemos el material a temperaturas muy

elevadas con respecto a la temperatura ambiente las moléculas del material de

vidrio se expanden dilatan.

Referencias.

Guzmán Padilla Joadis Polanco Ortega HebertoRico Cárdenas Juan Carlos (2008)

VISCOSIDAD Fisicoquímica—semestre III—Biología Universidad De sucre, Sucre,

Colombia pag. 27.

GASTON PONS MUSSO.Fisicoquimica. Sexta edicion.

(Giles et all., 1994).

Huamani T. Gumercindo (2011) Universidad nacional del callao . Facultad de Ingeniería

Química , Asignatura Fisicoquímica I- Pag. 15

Pérez S. Elevina (2009) Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ciencias.

Escuela de Biología. Departamento de Tecnología de Alimentos. Asignatura

Análisis de Alimentos pag.13.

Ruiz Martinez Richard S. (2006) Universidad autónoma metropolitana ,unidad Iztapalapa

división de ciencias básicas e ingeneria química – laboratorio de mecánica de

fluidos pag. 25 Disponible en :

http://cbi.izt.uam.mx/iq/lab_mec_de_fluidos/Practicas%20Laboratorios/PARA

TICA1.pdf

http://cbi.izt.uam.mx/iq/lab_mec_de_fluidos/Practicas%20Laboratorios/PARA%09TICA1.pdf

http://cbi.izt.uam.mx/iq/lab_mec_de_fluidos/Practicas%20Laboratorios/PARA%09TICA1.pdf

practica 1 - viscosidad

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