Informe Oficial Fiqui Viscosidad y Densidad (1)
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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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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
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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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
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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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
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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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
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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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
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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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
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
http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://williamcastro.files.wordpress.com/2007/05/escudo_san_marcos.jpg&imgrefurl=http://williamcastro.wordpress.com/2007/05/15/elecciones-en-san-marcos/&usg=__irJrzziSpCDhaLRN_gm06EK_I1U=&h=255&w=214&sz=25&hl=es&start=2&um=1&tbnid=5TPyuQx4tm-snM:&tbnh=111&tbnw=93&prev=/images?q=universidad+san+marcos&hl=es&sa=X&um=1http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://williamcastro.files.wordpress.com/2007/05/escudo_san_marcos.jpg&imgrefurl=http://williamcastro.wordpress.com/2007/05/15/elecciones-en-san-marcos/&usg=__irJrzziSpCDhaLRN_gm06EK_I1U=&h=255&w=214&sz=25&hl=es&start=2&um=1&tbnid=5TPyuQx4tm-snM:&tbnh=111&tbnw=93&prev=/images?q=universidad+san+marcos&hl=es&sa=X&um=1 -
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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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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
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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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
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
http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://williamcastro.files.wordpress.com/2007/05/escudo_san_marcos.jpg&imgrefurl=http://williamcastro.wordpress.com/2007/05/15/elecciones-en-san-marcos/&usg=__irJrzziSpCDhaLRN_gm06EK_I1U=&h=255&w=214&sz=25&hl=es&start=2&um=1&tbnid=5TPyuQx4tm-snM:&tbnh=111&tbnw=93&prev=/images?q=universidad+san+marcos&hl=es&sa=X&um=1 -
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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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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
BIBLIOGRAFIA
PONS MUZZO GASTN,
FISICOQUIMICAEDITORIAL Universo S.A, Per, 1969
http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://williamcastro.files.wordpress.com/2007/05/escudo_san_marcos.jpg&imgrefurl=http://williamcastro.wordpress.com/2007/05/15/elecciones-en-san-marcos/&usg=__irJrzziSpCDhaLRN_gm06EK_I1U=&h=255&w=214&sz=25&hl=es&start=2&um=1&tbnid=5TPyuQx4tm-snM:&tbnh=111&tbnw=93&prev=/images?q=universidad+san+marcos&hl=es&sa=X&um=1 -
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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
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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