“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de Química e Ingeniería Química

E. A. P. Ing. QuímicaLaboratorio de Fisicoquímica

“VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS” Profesor: Torres Diaz , Francisco Integrantes:

Orihuela Astete ,Barbara Cristina

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Escobar Ccanto , Ronnie Felix Fecha de la práctica: 22/09/15 Fecha de entrega: 30/09/15 Turno: martes 08:00 – 11:00 Grupo: C

INDICE

I. INTRODUCCIÓN..........................................................................................................................................3

II. RESUMEN....................................................................................................................................................4

III. PRINCIPIOS TEÓRICOS..............................................................................................................................5

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..........................................................................................................8

V. TABLA DE DATOS Y RESULTADOS.......................................................................................................11

VI. CÁLCULOS................................................................................................................................................12

VII. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS........................................................................................15

VIII. RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES………………………………………………………...…...……16

IX.CUESTIONARIO……………………………………………………………………………………………………..17

X. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………………………..…...23

XI.ANEXOS……………………………………………………………………………………………………………….24

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1.INTRODUCCIÓN

Definimos a la viscosidad como a la resistencia experimentada por una porción de un líquido cuando se desliza sobre otra. La viscosidad puede expresarse como absoluta cuando que viene a ser la fuerza por unidad de área para mantener una gradiente de velocidad, cinemática cuando se divide entre la densidad o relativa cuando tiene un patrón de comparación. La medida de la viscosidad puede que parezca en un principio un parámetro de poca importancia en la fabricación de fluidos como aceite, pintura, productos lácteos, bebidas, tintes, pastas, crema, etc, realmente es importante saber que a partir de la viscosidad, podemos conocer el comportamiento de un producto en su proceso de fabricación, lo cual es importante en la industria para el control del proceso y por tanto decisivo para conseguir la mejor calidad del producto. El conocimiento de la viscosidad nos permite detectar de la manera más conveniente cambios en el producto como el color, densidad, estabilidad, contenido de los sólidos y peso molecular. En definitiva, la viscosidad es un parámetro de control de vital importancia en la búsqueda de la mejor calidad en los productos.

En lo que concierne a densidad podemos definirla como la masa por unidad de volumen, a esta la llamamos densidad absoluta; y la llamaremos relativa o gravedad específica a la relación entre las densidades absolutas con un patrón de comparación, que generalmente es el agua a 4°C.

Por otra parte la medición de densidad de los líquidos es importante porque permite determinar la calidad de un producto , el control de un proceso de fermentación, el contenido de alcohol de productos destilados en porcentaje de volumen, el contenido de azúcar en bebidas carbonatadas, la composición de productos farmacéuticos, la preparación de pinturas, barnices y materiales de recubrimiento.

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2. RESUMEN :

En esta práctica se abarco el tema de la viscosidad y densidad de los liquidos .el objetivo es determinar la viscosidad y densidad utilizando el viscosímetro de Stormer y el picnómetro respectivamente.

La experiencia se realizo bajo las siguientes condiciones de laboratorio:

P(mmHg)=756 , T(°C)=20 , %HR = 96 .

El objetivo del experimento es determinar la viscosidad de una solución problema de glicerina y la densidad de la misma a 25°C.

La viscosidad absoluta es la medida de la resistencia que tiene un fluido de deformarse cuando es sometido a un esfuerzo cortante. En el desarrollo práctico se utilizará el viscosímetro de Stormer, el cual es de tipo rotativo que emplea el torque de una hélice móvil para generar un esfuerzo de corte sobre la muestra patrón de glicerina. Se registrará el tiempo necesario para que la hélice móvil gire 100 revoluciones siendo registradas por el tacómetro, con masas de 100, 125, 150 y 175g. Así determinaremos las constantes del viscosímetro necesarias para determinar la viscosidad de la solución problema de glicerina.

Para el desarrollo de la densidad de la glicerina se utilizará el método del picnómetro que resulta ser el más exacto. Pesaremos el mismo volumen de muestra y líquido de referencia (agua desionizada) y relacionaremos las masas de los volúmenes de la solución problema de glicerina y la solución patrón del agua a 4°C. Finalmente hallaremos la densidad de la glicerina.

El porcentaje de error en la determinación de la densidad de la glicerina con respecto al teórico reportó 2.21 % de error, lo cual se debe a errores manuales en el laboratorio.

Se puede concluir que la viscosidad depende de la temperatura y la densidad ….

Se recomienda calibrar bien el viscosímetro de Stormer antes de realizar el experimento y también la balanza analítica en la que se realiza los pesos del Picnómetro.

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3. FUNDAMENTO TEORICO :

1. VISCOSIDAD: Resistencia de un líquido o un gas a fluir, resultante de los efectos combinados de cohesión y adherencia. El coeficiente de viscosidad n es el parámetro que caracteriza a la viscosidad, y se puede medir utilizando instrumentos llamados viscosímetros.

a. viscosidad absoluta (ƞ): Propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas, cuando son sometidos a un esfuerzo constante. Algunas unidades a través de las cuales se expresa esta propiedad son el Poise (P) , el Pascal-segundo (Pa-s) y el centiPoise (cP), siendo las relaciones entre ellas las siguientes : 1Pa-s=10P =1000cP. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.

ƞ= τdv /dx

Uno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el Viscosímetro Stormer. 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 porta pesas y t

el tiempo en segundos necesario para que el rotor de las 100 revoluciones.

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b. Viscosidad cinematica (D):Relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido. Esta suele denotarse como “ D“. Algunas unidades para expresarla son el m2/s, el Stoke (St) y el centistoke

(cSt), siendo las equivalencias als siguientes: 1m2/s =10000 St = 1x106 cSt.Imagínese dos fluidos distintos con igual viscosidad absoluta los cuales se harán fluir verticalmente a través de un orificio. Aquel de los fluidos que tenga mayor densidad fluirá mas rápido, es decir, aquel que tenga menor viscosidad cinemática.

D=ƞ/ρc. Fluidez (φ):

Se define como la inversa de la viscosidad absoluta. Se expresa en rhes: cm.s.g−1

φ = 1/ ƞd. Viscosidad relativa (ƞrel):

Se define como la relación entre a viscosidad de una sustancia y un liquido de referencia. No tiene unidades.

ƞrel= ƞsust .+ ƞref .

La dependencia entre la ƞ de una sustancia pura y la T(K), obedece a una ecuación de la forma siguiente: log ƞ =A/T + B

Medición de viscosidad : Mediante el viscosímetro de Stormer: este aparato mide el tiempo o número de revoluciones de una hélice o rotor introducido en la muestra y cuyo giro se impulsa mediante pesas variables. Para convertir la viscosidad de la muestra desde segundos por 100 revoluciones a viscosidad absoluta y reportar el valor en centipoises, se usa la siguiente expresión:

ƞ= K m (t - a)

Donde:ƞ: viscosidad absoluta expresada en centipoisesK: factor constante del instrumento m: masa impulsora en gt: tiempo en segundos, para 100 revoluciones a:factor de tiempo para la corrección mecánica del aparatoal trazar una gráfica de ƞ/m vs t, se determina las constante K y a del aparato .

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2. DENSIDAD: a. La densidad o densidad absoluta: Es la magnitud que expresa la relación existente entre la masa y el volumen de un cuerpo o sustancia. Se representa por ρ y sus unidades en el Sistema Internacional son el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque también puede usarse el g/cm3. Para convertir de una a otra basta con dividir entre 1000. Así pues, por ejemplo la densidad del agua es de 1000 Kg /m3, o 1 g/cm3. La densidad es una propiedad intensiva de la materia, por lo que no varía su valor a pesar del tamaño del objeto o cantidad de sustancia. Su fórmula se expresa, ρ=m/V Donde:ρ es la densidad,m es la masa,V es el volumen del determinado cuerpo.

Depende de la temperatura y presión, para los líquidos y solidos la temperatura se indica como un exponente:ρt .

b. Densidad relativa o gravedad especifica :La densidad relativa es la relación entre la densidad de la sustancia y la densidad de la sustancia de referencia (el agua se toma como referencia). Es una cantidad sin dimensiones, por el cociente. Cuando decimos que un cuerpo tiene una densidad de 5, lo que significa que tiene una densidad cinco veces la del agua (para sólidos y líquidos).

La densidad del agua de presión y temperatura normal de 25 ° C , es de 1.00 g / cc, y 4 ° C , donde alcanza su máxima densidad, es de 1,03 g / cm ³.La densidad depende de la masa de los átomos o moléculas individuales y el volumen efectivo ocupada por ellos, ya sea en sólido, gas o líquido. Si una determinada sustancia en cualquier estado físico, tiene una masa molecular de cinco veces mayor que otro en las mismas condiciones de temperatura, presión y otras coordenadas, la densidad de la primera será de cinco veces mayor que el segundo.

Determinación de la densidad de líquidos: El método más exacto para determinar las densidades de líquidos y solidos es el del picnómetro, el cual consiste en pesar el mismo volumen de muestra y liquido de referencia (generalmente agua); para los sólidos el procedimiento se modificara incluyéndose pesadas de los sólidos y del solido decantado con agua. Para lograr resultados mejores se deberá realizar una corrección de pesos.

Picnómetro: Matraz con un tapón de vidrio esmerilado que contiene un capilar en la parte central del mismo. Esto permite medir con mayor precisión el volumen de un líquido, y por ende, ayudar a que la densidad de un fluido sea correctamente obtenido utilizando un balance analíticamente equilibrado.

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4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES: Viscosímetro Stormer con pesas de 25 a 500g. vaso de 250mL, termómetro, cronómetro, picnómetro, cocinilla, vaso de 100 mL.

REACTIVOS: Muestra patrón de glicerina, solución problema de glicerina, agua desionizada.

PROCEDIMIENTO

MEDICION DE LA VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS CON EL VISCOSÍMETRO STORMER

a) Una vez comprobado que el viscosímetro se encontraba en posición horizontal fija sobre la mesa.

b) se llenó el vaso seco con aproximadamente 200 mL de la muestra patrón, llevándola a 25 °C. Se colocó el vaso en el soporte del equipo y se fijó a una altura tal que la muestra llegara a la marca de la hélice, la cual quedó en el centro del vaso de manera que no rozara ni con la base ni con las paredes del vaso.

c) Se colocó las pesas necesarias en el porta pesas para obtener las revoluciones en un tiempo determinado, en nuestro caso 100 g(incluyendo el peso del porta pesas).

d) Con el cronometro en la mano se liberó el freno y simultáneamente observamos el movimiento del puntero y medimos el tiempo necesario que se necesitó para completar 100.

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revoluciones. Se repitió el procedimiento con la pesa de 100 g 3 veces más para obtener promedio de 4 tiempos.

e) Se repitió el procedimiento que se realizó con la pesa de 50, 100, 125, 150 y 175 g.

f) Una vez terminado de usar la muestra patrón repetimos el proceso b), c) y d) para la solución problema escogiendo un juego de pesas, a fin de obtener una lectura de tiempo adecuada.

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA GLICERINA MEDIANTE EL MÉTODO DEL PICNÓMETRO

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a) Lavamos el picnómetro con detergente, enjuagamos con agua de caño y posteriormente con agua destilada y secamos en la estufa.

b) Dejamos enfriar el picnómetro. Humedeciendo su base en agua de caño luego lo secamos con papel seco para poder así pesarlo, obteniendo el W1

c) Se llenó el picnómetro con agua desionizada teniendo cuidado de llenarlo completamente hasta el capilar, lo sumergimos en un baño una temperatura de 25 °C durante 5 min, se retiró del agua se secó exteriormente y se pesó obteniendo el W2.

d) Se retiró el agua del picnómetro y lo secamos en la estufa, una vez seco lo dejamos enfriar y lo volvimos a pesar como en el proceso a), obteniendo el W3.

e) Se repitió el proceso c) usando glicerina pura en lugar de agua desionizada, obteniendo el W4.

5. TABLA DE DATOS

1: DATOS EXPERIMENTALES

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Tabla N°1: Condiciones experimentales

Presión (mmHg) Temperatura °C %HR:

756 20 97

Tabla N°2: Datos Experimentales obtenidos de la MUESTRA PATRÓN (Glicerina) en el viscosímetro de Stormer.

MUESTRA PATRÓN GLICERINA

MASA DE LAS PESAS (g)

m0 = 75 m1 = 100 m2 = 125 m3 = 150 m4 = 175

TI

E(S) MPO

t1 32,5 27,4 23,6 21.5 19.5

t2 32,8 27,3 23,9 21,6 19,8

t 32,65 27,35 23,75 21,55 19.75

Tabla N°3: Datos obtenidos de la SOLUCIÓN PROBLEMA (Glicerina) en el viscosímetro de Stormer.

SOLUCIÓN PROBLEMA

DE GLÍCERINAPESO DE PESAS = 75 g

TIEMPO

(s)

t1 24,80

t2 24,70

t 24,75

Tabla Nº 4: Datos obtenidos con el picnómetro a 25 ºC.

AGUA DESIONIZADAW1 17.486 g.

W2 27.786 g.

GLICERINAW3 17.486 g.

W4 30.307 g.

2: Datos Teóricos Extraído de la tabla de viscosidad dinámica del Glicerina a 25º C.

6. CÁLCULOS

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η teorico=194.2 cp

1. CÁLCULO DE LAS CONSTANTES K y DEL APARATO

TENEMOS:

m(g)

X1

t(s)

X2

t(s)

X prom

t(s)

Y

ηm

( cpg

)

50g 40,3 39,7 40 3,884

75g 32,8 32,5 32,65 2,589

100g 27,3 27,4 27,35 1,942

125g 23,9 23,6 23.75 1,554

150g 21,6 21,5 21,55 1,295

175g 19,8 19,7 19,75 1,110

De la gráfica: Tenemos a la expresión matemática que relaciona la viscosidad con el tiempo es la ecuación.

η=Km (t−a )(1)

ηm

=Kt−Ka(2)

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De forma siguiente:y = Ax + B

Como tenemos pocos datos utilizaremos el método de mínimos cuadrados:

A=p∑ x i y i−∑ x i∑ y i

p∑ x i2−(∑ x i )

2

B=∑ x i2∑ y i−∑ xi∑ x i y i

p∑ x i2−(∑ xi )

2

p = Número de datos.

∑ x i=165.05∑ x i y i=379,7418 (∑ x i )2=27241,50

∑ yi=¿ 12,374 ∑ x i2=4832 ,,57

Reemplazando:A = 0,134624394

A = 0.13462B = -1,640959373

B = -1,6409

De la ecuación:

K = A = 0.13462

K*a = B entonces: a = -12,18912494 a = -12,189

Ahora que ya calculamos las constantes que nos hacían falta tenemos la siguiente ecuación:

ηm

=0,13462t−1,6409

2. CALCULAMOS LA VISCOSIDAD DE NUESTRA SOLUCIÓN PROBLEMA DE GLICERINA

Tenemos:Tiempo promedio: t = 24,7 sPeso = 75 g

η75

=(0,13462 ×24,7 )−1,6409

η=126,31 cp

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3. CALCULAMOS LA DENSIDAD DE LA GLICERINA

Haciendo uso de las siguientes ecuaciones:

¿T 1T 1=

W 4−W 3

W 2−W 1

❑T 1=¿4T 1=¿T 1

T 1 (❑T 1)agua

(❑4)agua

AGUA DESIONIZADAW1 17.486 g.

W2 27.786 g.

GLICERINA W3 17.486 g.

W4 30.307 g.

Densidad del Agua a 25 ºC: 997.13 Kg/m3

Densidad del Agua a 4 ºC: 1000.00 Kg/m3

Entonces reemplazando en las ecuaciones los datos tenemos:

❑glicerina25 =

(30.307−17.486)(27.786−17.486)

(❑25)agua

(❑4)agua

❑glicerina25 =

(30.307−17.486)(27.786−17.486)

997.131000.00

❑glicerina25 =1.2412

g

cm3

Hallamos el % error:

T de laGlicerina=1.2613

% Error=( E−TT

)×100

% Error=( 1.2412−1.26131.2613

)×100

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% Error=−1,5936 %de error

7. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Los resultados obtenidos fueron coherentes y de un error muy aceptable, se podría concluir que se realizó de manera adecuada la experiencia de laboratorio

A partir de estas constantes se obtuvo la viscosidad de la muestra problema de glicerina que resulto siendo igual 194 , 2cp lo cual indica que resultó siendo muy viscosa.

Se halló la densidad de la glicerina, igual a 1 .2412g

cm3 que presenta un porcentaje de

error igual a 1 ,5936% con respecto al valor teórico que es igual a 1 .2613g

cm3 .

El error quizá se debió a la mala manipulación de los instrumentos o por no tomar bien la temperatura a la cual debíamos pesar de nuevo el picnómetro. También por no secar correctamente el picnómetro, etc.

Los factores que ocasionan en la mayoría de casos los errores del experimento en la

determinación de la viscosidad son la habilidad del operador para tomar el tiempo y al

momento de ver cuando en el tacómetro se registró 100 revoluciones.

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8. CONCLUSIONES:

la viscosidad de un líquido es afectada por la variación de la temperatura de marea inversamente proporcional.

La viscosidad de una solución es directamente proporcional a su concentración.

La ecuación matemática: ƞ= K m (t - a), convierte la viscosidad de la muestra desde dos segundos por 100 revoluciones a viscosidad absoluta y perciban el valor en centipoise.

Del experimento podemos concluir que cuando determinamos la viscosidad de la glicerina mientras más es el peso que se le aplica menor es el tiempo que se necesita para que de 100 revoluciones.

La densidad depende de la temperatura.

El método mas exacto para determinar las densidades de líquidos y solidos es el del picnómetro.

En la densidad relativa para los sólidos y líquidos se toma como patrón el agua pura a 4°C.

RECOMENDACIONES:

Durante la determinación de la viscosidad de la glicerina, se debe percatarse que la temperatura de la glicerina permanezca a 25°C, ya que si no está a dicha temperatura se puede obtener datos erróneos, porque la viscosidad depende de la temperatura.

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

El picnómetro debe ser llenado completamente hasta el capilar.

Secar bien el picnómetro, ya que la humedad producto de un mal secado puede provocar un error en el pesado del picnómetro en la balanza analítica.

El tiempo de traslado del picnómetro de temperatura 25°C a la balanza analítica debe ser lo menor posible, para evitar errores en la medición.

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9. CUESTIONARIO:

1. ¿Cómo se calcula la viscosidad de líquidos usando nomogramas? dar un ejemplo

Un nomograma, ábaco o nomógrafo es un instrumento gráfico de cálculo, un diagrama bidimensional que permite el cómputo gráfico y aproximado de una función de cualquier número de variables. En su concepción más general, el nomograma representa simultáneamente el conjunto de las ecuaciones que definen determinado problema y el rango total de sus soluciones.El nomo gama representa simultáneamente el conjunto de las ecuaciones que definen determinado problema y el rango total de sus soluciones, en este caso se usa la ecuación de la viscosidad usando distintos métodos.Se calcula viscosidad conociendo la temperatura y conductividad de un líquido, el nomograma se construye partiendo de los valores de estas variables y de los rangos de trabajo de las mismas, así como también del establecimiento de los módulos de trabajo.Ejemplo:Para poder definir la viscosidad de la caña de azúcar se define la ecuación:

ƞ =Donde: T= temperatura K= conductividad

Para obtener estos valores y calcular la viscosidad usamos el nomograma que se muestra a continuación:

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2. En la formación de soluciones,¿ cómo varia la viscosidad?La concentración de una solución es directamente proporcional con su viscosidad. Cuando la solución del líquido problema sea más diluida, la viscosidad de este líquido será menor.Un ejemplo en particular es el del etanol, mientras que su viscosidad en una solución de 20%(V/V)es de 2.18 cp , en una de 60%(V/V)es de 2.67cp.

3. Indique otros métodos experimentales para la determinación de la viscosidad de líquido, dando una breve explicación.

Se caracterizan por el uso de un viscosímetro en particular:

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10. BIBLIOGRAFIA:

FUNADEMENTOS DE FISICOQUIMICA MARON Y PRUTTON 1RA EDICION, EDITORIAL LIMUSA, PAG (67-71)

MANUAL DEL INGENIERO QUIMICOJOHN PERRY TOMO 1, PAG.276

FISICA II,TEORIA Y PROBLEMASREGULO SAAVEDRA 1RA EDICION 2009

WEBGRAFIA:

http://procesosbio.wikispaces.com/Viscosidad

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https://lopei.files.wordpress.com/2010/05/practica-2.pdf

11. ANEXOS:

GRAFICA n/m vs t

Nomograma de viscosidad de liquidos :

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15 20 25 30 35 40 450

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

f(x) = 0.13462439404025 x − 1.64095937272387

n/m

t

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