UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICALABORATORIO DE FISICOQUIMICA lVISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS

PROFESOR: FIGUEROA TAUQUINO ANIBALINTEGRANTES: FLORES FERNANDEZ GERSON GARCIA NUNES AXELFECHA DE PRCTICA: 24/09/2015FECHA DE ENTREGA: 23/09/2015TURNO: JUEVES DE 11 A 2 PMGRUPO: E/F

INDICE

INTRODUCCION

Una de las propiedades ms importantes que posee un fluido es la viscosidad, la resistencia del fluido a derramarse o fluir por el interior de un conducto; fue Jean Louis Marie Poiseuille, en 1846, quien planteo por primera vez una frmula para la viscosidad y en su honor, se le nombro poise a su unidad por lo cual en esta prctica hallaremos la viscosidad de un fluido en esta oportunidad ser de la glicerina. Lo haremos gracias al viscosmetro de Stormer. Es un dispositivo rotatorio empleado para determinar la viscosidad de las pinturas, es muy usado en las industrias de elaboracin de pintura. Consiste en una especie de rotor con paletas tipo paddle que se sumerge en un lquido y se pone a girar a 200 revoluciones por minuto, se mide la carga del motor para hacer esta operacin la viscosidad se encuentra en unas tablas ASTM D 562, que determinan la viscosidad en unidades Krebs. El mtodo se aplica a pinturas tanto de cepillo como de rollo.Tambin tendremos la oportunidad de hallar una propiedad fundamental de los lquidos que ser la densidad gracias al Picnmetro. Es un instrumento de medicin cuyo volumen es conocido y permite conocer la densidad o peso especfico de cualquier fluido ya sea lquido o slido mediante gravimetra a una determinada temperatura. 1 La metodologa que estudia los resultados obtenidos mediante este instrumento se denomina Picnometra.

RESUMEN

El objetivo de la prctica fue la determinacin experimental de la viscosidad y densidad de lquidos utilizando los mtodos de stormer y del picnmetro respectivamente.Las condiciones del laboratorio fueron de 756 mmHg de presin a una temperatura de 20 C con una humedad del 97%.La viscosidad es una caracterstica de los fluidos en movimiento, que muestra una tendencia de oposicin hacia su flujo ante la aplicacin de una fuerza. Cuanta ms resistencia oponen los lquidos a fluir, ms viscosidad poseen. Los lquidos, a diferencia de los slidos, se caracterizan por fluir, lo que significa que al ser sometidos a una fuerza, sus molculas se desplazan, tanto ms rpidamente como sea el tamao de sus molculas. Si son ms grandes, lo harn ms lentamente. La viscosidad es medida con un viscosmetro que muestra la fuerza con la cual una capa de fluido al moverse arrastra las capas contiguas. Los fluidos ms viscosos se desplazan con mayor lentitud. El calor hace disminuir la viscosidad de un fluido, lo que lo hace desplazarse con ms rapidez.En fsica y qumica, la densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia.Podemos concluir que a medida que le dbamos ms fuerza al viscosmetro de stormer el tiempo en dar 100 revoluciones disminua esto implica que la viscosidad del fluido tambin disminua.Una recomendacin al momento de realizar la prctica, tener mucho cuidado al mantener la temperatura constante de 25C al momento de utilizar el viscosmetro de stormer ya que si no es constante dicha temperatura estaramos hallando otra viscosidad, recordando que la viscosidad depende de la temperatura. Tambin tener cuidado de no agregar agua a la muestra patrn ya que sino estaramos alterando la muestra de glicerina y as podramos obtener datos incorrectos.

MARCO TEORICO

VISCOSIDAD Los gases y lquidos poseen una propiedad conocida como viscosidad, que se define como la resistencia que una parte del fluido ofrece al desplazamiento de la otra. La viscosidad se produce por efecto de corte de una capa de fluido al deslizarse sobre otra, y es muy distinta de la atraccin intermolecular. Puede pensarse que est causada por la friccin interna de las molculas y est presente tanto en los gases ideales como en los reales y lquidos. Tambin la viscosidad es la medida de la resistencia de un lquido a fluir.

LA VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOSLos lquidos exhiben una resistencia a fluir mucho mayor que los gases y por consiguiente tienen unos coeficientes de viscosidad mayores. En los gases dichos coeficientes se increment- tan con la temperatura, mientras que los de la mayora de los lquidos disminuyen. De nuevo, la viscosidad es independiente de la presin en los gases cuando se trabaja a moderadas presiones pero en los lquidos no sucede as sino que hay un aumento de la viscosidad con el aumento de la presin.La mayora de los mtodos empleados en la determinacin de viscosidades se basa en las ecuaciones de Poiseuille o Stokes. La primera de estas dos ecuaciones es :

Donde V es el volumen del lquido de viscosidad n que fluye en el tiempo t por un tubo capilar de radio y longitud L bajo una presin de P dinas por centmetro cuadrado. Esta ecuacin ha sido verificada repetidamente. Cuando se emplea en los lquidos no es necesario medir todas las cantidades indicadas si se conoce la viscosidad de algn lquido de referencia con seguridad. Si medimos el tiempo de flujo de un mismo volumen de dos lquidos diferentes por el mismo capilar, entonces de acuerdo con la ecuacin de Poiseuille la relacin de los coeficientes de viscosidad de los lquidos estar dada por

Como las presiones P1 Y P2 son proporcionales a las densidades de los dos lquidos 1 y 2, podemos escribir tambin

En consecuencia, una vez que P1, P2 y n2 conocen, la determinacin de t1 y t2 permiten el clculo del coeficiente de viscosidad, n1, del lquido bajo consideracin.EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VISCOSIDADEl efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un lquido es notablemente diferente del efecto sobre ungas; mientras en este ltimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, las viscosidades de los lquidos disminuyen invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Se han propuesto numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad y temperatura como por ejemplo:

dondeAyBson constantes para el lquido dado; se deduce que eldiagramade log() frente a 1/T seta una lnea recta. Se pens en otro tiempo que la variacin de la fluidez con la temperatura resultara ms fundamental que la del coeficiente de viscosidad; pero el uso de una expresin exponencial hace que la opcin carezca de importancia.

MEDICIN DE LA VISCOSIDADExisten muchos mtodos para determinar la viscosidad de los lquidos, entre ellos se encuentra el del viscosmetro Stormer .Este aparato mide el tiempo o nmero de revoluciones de una hlice 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 expresin:

Donde: n : viscosidad absoluta expresada en centipoises K : factor constante del instrumento m :masa impulsadora en g t :tiempo en segundos, para 100 revoluciones a :factor de tiempo para la correccin mecnica del aparatoal trazar una grfica de n/m vs t ,se determinan las constantes K y a del aparato VISCOSMETROUn viscosmetro (denominado tambin viscmetro) es un instrumento empleado para medir la viscosidad y algunos otros parmetros de flujo de un fluido. Fue Isaac Newton el primero en sugerir una frmula para medir la viscosidad de los fluidos, postul que dicha fuerza corresponda al producto del rea superficial del lquido por el gradiente de velocidad, adems de producto de un coeficiente de viscosidad DENSIDADSe define como la masa por unidad de volumen de una sustancia .Depende de la temperatura y presin, para los lquidos y slidos la temperatura se indica como un exponente: DENSIDAD RELATIVA O GRAVEDAD ESPECFICA la densidad relativa de una sutancia es la relacin entre la densidad de la sustancia y la densidad de la sustancia de referencia en condiciones especficas. La sustancia de referencia que se emplea con mayor frecuencia para solidos y lquidos es el agua a 4C. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades.

Tambin se puede calcular o medir la densidad relativa como el cociente entre los pesos o masas de idnticos volmenes de la sustancia problema y de la sustancia de referencia:

DETERMINACIN DE LA DENSIDAD DE LIQUIDOS El mtodo ms exacto para determinar las densidades de lquidos y slidos es el picnmetro, el cual consiste en pesar el mismo volumen de muestra y lquido de referencia (generalmente agua ).Si se conoce las masas (de la muestra y del lquido de referencia) y la densidad del lquido de referencia a una temperatura especfica ,se podr calcular la densidad de la muestra a una determinada temperatura mediante las siguientes ecuaciones :

Donde : gravedad especfica a la temperatura T ..masa (g) del picnmetro vaco masa (g) de la muestra masa(g) del lquido de referencia ..densidad del agua a la temperatura T densidad del agua a la temperatura de 4 CPICNMETROEl picnmetro es un instrumento sencillo utilizado para determinar con precisin la densidad de lquidos. Consiste en un pequeo frasco de vidrio de cuello estrecho, cerrado con un tapn esmerilado, hueco y que termina por su parte superior en un tubo capilar con graduaciones de tal manera que un volumen puede obtenerse con gran precisin. Su caracterstica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes lquidos en su interior. Esto nos sirve para comparar las densidades de dos lquidos pesando el picnmetro con cada lquido por separado y comparando sus masas. Es usual comparar la densidad de un lquido respecto a la densidad del agua pura a una temperatura determinada, por lo que al dividir la masa de un lquido dentro del picnmetro respecto de la masa correspondiente de agua, obtendremos la densidad relativa del lquido respecto a la del agua a la temperatura de medicin. Picnmetro

Referencia: Maron y Prutton ; Fundamentos de fisicoqumica ;1 edicin; editorial Limusa ;pag.(67-71) http://es.wikipedia.org/wiki/Viscos%C3%ADmetro http://es.wikipedia.org/wiki/Picn%C3%B3metro

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES: Viscosmetro Stormer con pesas de 25 a 500g. vaso de 250mL, termmetro, cronmetro, picnmetro, cocinilla, vaso de 100 mL. REACTIVOS: Muestra patrn de glicerina, solucin problema de glicerina, agua desionizada. PROCEDIMIENTO MEDICION DE LA VISCOSIDAD DE LQUIDOS CON EL VISCOSMETRO STORMERa) Una vez comprobado que el viscosmetro se encontraba en posicin horizontal fija sobre la mesa.b) se llen el vaso seco con aproximadamente 200 mL de la muestra patrn, llevndola a 25 C. Se coloc el vaso en el soporte del equipo y se fij a una altura tal que la muestra llegara a la marca de la hlice, la cual qued en el centro del vaso de manera que no rozara ni con la base ni con las paredes del vaso.c) Se coloc 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 liber el freno y simultneamente observamos el movimiento del puntero y medimos el tiempo necesario que se necesit para completar 100 revoluciones. Se repiti el procedimiento con la pesa de 100 g 3 veces ms para obtener promedio de 4 tiempos.e) Se repiti el procedimiento que se realiz con la pesa de 100 g usando pesas de 125, 150 y 175 g.f) Una vez terminado de usar la muestra patrn repetimos el proceso b), c) y d) para la solucin problema escogiendo un juego de pesas, a fin de obtener una lectura de tiempo adecuada.

DETERMINACIN DE LA DENSIDAD DE LA GLICERINA MEDIANTE EL MTODO DEL PICNMETRO

Lavamos el picnmetro con detergente, enjuagamos con agua de cao y posteriormente con agua destilada y secamos en la estufa. Dejamos enfriar el picnmetro. Humedeciendo su base en agua de cao luego lo secamos con papel seco para poder as pesarlo, obteniendo el W1. Se llen el picnmetro con agua desionizada teniendo cuidado de llenarlo completamente hasta el capilar, lo sumergimos en un bao una temperatura de 25 C durante 5 min, se retir del agua se sec exteriormente y se pes obteniendo el W2. Se retir el agua del picnmetro 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. Se repiti el proceso c) usando glicerina pura en lugar de agua desionizada, obteniendo el W4.

TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

DATOS EXPERIMENTALES TABLA 1: CONDICIONES EXPERIMENTALES Temperatura : T(C)Presin atmosfrica (mmHg)%humedad relativa(HR)

2075697

TABLA (2-3): DATOS PARA DETERMINAR VISCOSIDAD DE LA SOLUCIN DE GLICERINA TABLA 2 Solucin patrn de glicerina

Masa (g)Tiempo (s)

10024.4325.4426.30

20017.0017.2417.11

30013.6913.8014.04

Tiempo prom.25.3917.1213.84

TABLA 3SOLUCIN DE GLICERINA 50% (T=25C)

Masa(g)Tiempo(s)

t1t2t3t(promedio)

10019.5719.9519.8219.78

20014.0114.2513.5413.93

TABLA 4 : DATOS PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE LA GLICERINA PURAT=25C

Componentes de la masamasa(g) : W

Picnmetro vacoW117.4895

Picnmetro +aguaW227.1871

Picnmetro vacoW317.6480

Picnmetro + glicerinaW429.6763

DATOS TERICOSTabla 5: Datos de la glicerina pura GLICERINA (T=25C)

Densidad ()1.2240 g/ml

Viscosidad ( n)954 cp

Tabla 6: Datos del aguaAGUA

Densidad () a 4C 1.0000 g/ml

Densidad () a 25C 0.99707 g/ml

RESULTADOSTabla 7: Datos para el grfico de la viscosidad

m (g)t (s)

1009.54025.39

2004.7717.12

3003.18013.84

PORCENTAJE DE ERRORTabla 8TEMPERATURA(T):25C

GLICERINA (86-88)%EXPERIMENTALTERICO% error

Densidad(g/ml)1.23671.22401.04%

CLCULOS Y EJEMPLO DE CLCULOS1. Determinacin de la viscosidadMTODO ANALTICOLa expresin matemtica que relaciona la viscosidad con el tiempo es la ecuacin:

Que tiene la forma:

Utilizando mtodo de mnimos cuadrados:

Donde p es el nmero de mediciones:0 1129.3 Reemplazando: m = 0.55554 En la ecuacin: = m = 0.55554 -Ka = b entonces: Por lo tanto:

Remplazando los para la muestra problema: Para m=100 g

Para m= 200 g

Por lo tanto, la viscosidad de la glicerina al 50% se obtiene promediando las viscosidades anteriores 50% = 641.615cp

MTODO GRFICO Utilizando un par de datos de la grfica 1 se podr obtener K y a de la ecuacin de la viscosidad.ecuacin de la viscosidadDespejando n/m: ecuacin de la viscosidad Tomando los puntos (19.48 , 1.11); ( 21.56 ,1.295) de la grfica 1 se obtiene : K=pendiente = . (2) -ka =intercepto con el eje n/m = - 0.624. (3)De (1) y (2) se obtiene el valor de a :

Entonces la ecuacin de la viscosidad queda expresada de la siguiente manera :

. .. (4)

Al reemplazar el dato de la tabla 3 en la ecuacin (4) se obtiene la viscosidad experimental de la glicerina 50 % a 25 C :Dato de la tabla 3: m=100g t=21.065 s n 50% = 124.87 cp

2. Determinacin de la densidadLa densidad de la solucin de glicerina a la temperatura de 25C se calcular mediante la siguiente ecuacin:

.. (5)

Dnde : gravedad especfica a la temperatura de 25C .masa (g) obtenido en la prctica ..densidad del agua a la temperatura de 25C densidad del agua a la temperatura de 4 C

Reemplazando los datos de la tabla 3 en se obtiene:

Reemplazando y los datos de la tabla 5 en la ecuacin (5) se obtiene la densidad experimental de la glicerina 25 C ( ) :

DISCUSIN DE RESULTADOS

Al realizar la medicin de la viscosidad de la glicerina(86-88)% a 25C mediante el viscosmetro de stormer para un juego de pesas, se observ que la temperatura de la glicerina aument, esto se debe a que el juego de pesas genera trabajo y dicho trabajo se trasmite a las hlices del viscosmetro transformndose el trabajo en calor , aumentando as la temperatura de la glicerina (86-88)% El valor de W1 y W3 deberan ser iguales, ya que ambos representan la masa del picnmetro, pero durante la experiencia se obtuvo que W1 = 17.4895g y W3 =17.6480g, como el ambiente de laboratorio tiene cierta humedad, al trasladar el picnmetro de la estufa a la balanza, dicho picnmetro capt humedad provocando un pequeo error. La viscosidad(n) obtenido experimentalmente de la solucin de glicerina 50% a 25C es n 50% =124.87 cp por el mtodo grfico y n 50% =641.615 cp por el mtodo analtico ,en comparacin la viscosidad de la glicerina (86-88)% a 25C que es n(86-88)% =954 cp,se observa que el n(86-88)% es mayor que el n 50% .De aqu se deduce que el coeficiente de viscosidad depende de la concentracin de la solucin . La densidad obtenido experimentalmente de la glicerina (86-88)% a 25C es de = g/ml , al compararlo con la densidad terica =1.2240 g/ml de dicha sustancia ,se obtuvo un porcentaje de error de 1.04 %,esto se debe al traslado del picnmetro del bao mara a 25C a la balanza para obtener W2 =27.1871g y W4 =29.6763g ,ya que el traslado provocar un pequeo cambio de temperatura, variando as la densidad.

CONCLUSIONES La viscosidad de una solucin es directamente proporcional a su concentracin La viscosidad de un lquido es inversamente proporcional a la temperatura La densidad depende de la temperatura El viscosmetro de stormer se utiliza para medir la viscosidad de una sustancia La densidad depende de la temperatura

RECOMENDACIONES Secar bien el picnmetro, ya que la humedad producto de un mal secado puede provocar un error en el pesado del picnmetro en la balanza analtica. Durante la determinacin de la viscosidad de la glicerina, se debe percatarse que la temperatura de la glicerina permanezca a 25C, ya que si no est a dicha temperatura, se puede obtener datos errneos, porque la viscosidad depende de la temperatura. El tiempo de traslado del picnmetro del bao mara de 25C a la balanza analtica debe ser lo menor posible, para evitar errores en la medicin.

BIBLIOGRAFA1. John Perry ;Manual del Ingeniero Qumico;tomo1;pag 2762. Lange,Manual de qumica , tomo IV, 13 edicin, Edit. Mc Graw Hill ,pag 10-1003. Robert C. Weast;Handbook of Chemistry and Physics ; 53 edicin; Edit. Cepress (1972-1973); pgina F-114. Maron y Prutton ; Fundamentos de fisicoqumica ;1 edicin; editorial Limusa ;pag.(67-71)APENDICECmo se calcula la viscosidad de lquidos usando monogramas?Unnomograma,bacoonomgrafoes un instrumento grfico de clculo, un diagrama bidimensional que permite el cmputo grfico y aproximado de una funcin de cualquier nmero de variables. En su concepcin ms general, el nomograma representa simultneamente el conjunto de las ecuaciones que definen determinado problema y el rango total de sus soluciones.Al ser un nomograma la representacin grfica de una ecuacin de varias variables, ha de constar de tantos elementos grficos como variables tenga la ecuacin. Estos elementos sern puntos o lneas, rectas o curvas, segn los casos. Dados los valores de todas las variables menos una, el de esta ltima puede encontrarse por medio de algn recurso geomtrico inmediato (que generalmente es el trazado de otra lnea que pasa por ese punto).Por tanto, el nomograma de una ecuacin de dos variables (y=f(x)), como el caso de la viscosidad,tendr dos elementos grficos, normalmente dos rectas graduadas, o escalas, dispuestas de tal modo que la determinacin del valor de una de las variables (fijacin de un punto de la lnea) especifique el valor de la otra, la desconocida o funcin. El nomograma de una ecuacin de tres variables (z=f(x,y)) constar normalmente de tres escalas y as sucesivamente.El arte de la nomografa consiste precisamente en elaborar dichas escalas y disponerlas en el plano de tal manera que el trazado de lneas rectas que las atraviesen determine lospuntos colinealesexistentes en cada una de las escalas, puntos que representarn los distintos valores relacionados por la funcin en cada caso concreto.El nomograma adjunto representa la siguiente funcin de tres variables:

Es la frmula que, entre otras cosas, sirve para calcular laresistenciatotal que presentan al paso de la corriente elctrica dos resistores conectados en paralelo y tambin especifica la ley de formacin de imgenes de unalentedelgada enptica. Su nomograma es interesante porque realiza un clculo no lineal utilizando exclusivamente escalas lineales. Para utilizarlo, los valores dexy deyse aplican a los ejes horizontal y vertical; los puntos as determinados se unen luego entre s por una lnea recta. El valor dezse obtiene de la escala diagonal en el punto en que la corte dicha recta. O bien se aplica el valor deza la diagonal y el otro valor conocido a uno de los ejes. La recta resultante cortar al otro eje en el valor de la solucin.

En la formacin de soluciones, como varia la viscosidadEl valor de la viscosidad de una mezcla se encuentra entre el rango de las viscosidades de cada una de sus sustancias puras.Otros mtodos para hallar la viscosidadViscosmetro de rotacinLos viscosmetros de rotacin emplean la idea de que la fuerza requerida para rotar un objeto inmerso en un fluido puede indicar la viscosidad del fluido. Algunos de ellos son: El ms comn de los viscosmetros de rotacin son los del tipo Brookfield que determinan la fuerza requerida para rotar un disco o lentejuela en un fluido a una velocidad conocida. El viscosmetro de 'Cup and bob' que funcionan determinando eltorquerequerido para lograr una cierta rotacin. Hay dos geometras clsicas en este tipo de viscosmetro de rotacin, conocidos como sistemas: "Couette" o "Searle". 'Cono y plato' los viscmetros emplean un cono que se introduce en el fluido a una muy poca profundidad en contacto con el plato.Viscosmetro StabingerAl modificar el viscosmetro giratorio de tipo Couette clsico es posible combinar la precisin de la determinacin de viscosidad cinemtica con un amplio rango de medicin. El cilindro externo del viscosmetro Stabinger es un tubo que gira a una velocidad constante dentro de una carcasa de cobre con temperatura controlada. El cilindro hueco interno con forma de rotor cnico es especficamente ms liviano que las muestras llenadas y, por lo tanto, flota libremente dentro de ellas, centrado por fuerzas centrfugas. De este modo, se evita completamente toda friccin de los cojinetes; un factor inevitable en la mayora de los dispositivos rotativos. Las fuerzas de cizallamiento del fluido en rotacin impulsan el rotor, mientras que un imn dentro del rotor forma un freno de corriente inducida con la carcasa de cobre alrededor. Se establece una velocidad equilibrada del rotor entre las fuerzas de impulso y retraso, que es una medida inequvoca de la viscosidad dinmica. La medicin de velocidad y torque se implementa sin contacto directo mediante un sensor de efecto Hall que cuenta la frecuencia del campo magntico rotativo. Esto permite una resolucin de torque de alta precisin de 50 pNm y un amplio rango de medicin que se extiende desde 0,2 hasta 20.000 mPas con un nico sistema de medicin. Una medicin de densidad incorporada basada en el principio de tubo en forma de U oscilante (vase tambin en ingls en: Oscillating U-tube) permite determinar la viscosidad cinemtica de la viscosidad dinmica medida empleando la relacin de algn objeto.Viscosmetro de vibracinLos Viscosmetros que vibran son sistemas rugosos usados para medir viscosidad en las condiciones de proceso. La pieza activa del sensor es una barra que vibra. La amplitud de la vibracin vara segn la viscosidad del lquido en el cual se sumerge la barra. Estos son convenientes para medir los lquidos fluidos y de gran viscosidad (hasta 1.000.000 cP). Actualmente, muchas industrias alrededor del mundo consideran estos viscosmetros como el sistema ms eficiente para medir la viscosidad, puesta en contraste con los viscometros rotatorios, que requieren ms mantenimiento, inhabilidad de medir el estorbar del lquido, y calibracin frecuente despus de uso intensivo.