I. RESUMEN

En esta prctica se abarc el tema de la viscosidad y densidad de los lquidos .La viscosidad se define como la medida de la resistencia de un lquido a fluir y la densidad como la masa por unidad de volumen de una sustancia .El objetivo de esta prctica es determinar la viscosidad y densidad utilizando el viscosmetro de stormer y el picnmetro respectivamente.

La experiencia se realiz bajo las siguientes condiciones de laboratorio : presin atmosfrica =756mmHg , temperatura (T) =20.1 C y humedad relativa (HR) = 94% Para determinar la viscosidad(n) de la solucin de glicerina 50% a 25C se us el viscosmetro de stormer y se tom como solucin patrn la glicerina (86-88)% a 25C .Esta experiencia consisti en poner pesas en el porta pesas del viscosmetro de stormer ,para obtener tiempos por cada 100 revoluciones que realizaba la hlice de dicho viscosmetro .Este procedimiento se realiz para cuatro juegos de pesas.Teniendo los tiempos para determinadas pesas y la viscosidad (n) de la glicerina (86-88)% a 25 C que es n(86-80)% = 194.2 cp,se pudo hallar la ecuacin n =km(t -a ) mediante el mtodo grfico y analtico .las ecuaciones n/m =0.0889t - 0.624 y n/m = 0.1338t -1.5485 se obtuvieron por el mtodo grfico y analtco respectivamente . Al reemplazar en ambas ecuaciones la masa=100g con su respectivo tiempo (t)=21.065 s que se obtuvo durante la experiencia para la solucin de glicerina 50% a 25C, se calcul la viscosidad (n) de dicha solucin a 25c que fue de n50% =124.87 cp por el mtodo grfico y n50%=127.00 cp por el mtodo analtico .Se observa que el n(86-80)% es mayor que el n50% a la temperatura de 25C .Esta diferencia de la viscosidades de n(86-80)% y n50% , es por que cada viscosidad pertenece a una glicerina de diferente concentracin.Para determinar la densidad de la glicerina (86-88)% se utiliz el mtodo del picnmetro.Esta segunda experiencia consisti en pesar el mismo volumen de la glicerina (86-88)% y del agua (lquido de referencia ).Este mtodo permiti determinar la gravedad especfica a 25C. Teniendo como dato la gravedad especfica a 25C y las densidades del agua a 25C y 4C , se aplic la ecuacin para obtener la densidad experimental de la glicerina a 25C.La densidad experimental de la glicerina (86-88)% a 25C es 1.28169 g/ml ,al compararlo con la densidad terica de dicha sustancia 1.22400 g/ml , se obtuvo un porcentaje de error de -4.7% , por exceso . Se concluye que la viscosidad de una solucin es directamente proporcional con la concentracin de dicha sustancia e inversamente proporcional con la temperatura .Tambin se concluye que la densidad depende de la temperatura.Por ltimo, se recomienda que durante la determinacin de la viscosidad, se debe percatarse que la temperatura de glicerina permanesca a 25C, ya que un cambio de temperatura cambiara la viscosidad.

II. INTRODUCCCIN

La medida de la viscosidad puede que parezca en un principio un parmetro de poca importancia en la fabricacin de fluidos como aceite, pintura, productos lcteos, 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 fabricacin, 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 mas conveniente cambios en el producto como el color, densidad, estabilidad, contenido de slidos y peso molecular. En definitiva, la viscosidad es un parmetro de control de vital importancia en la bsqueda de la mejor calidad en los productos.Por otra parte la medicin de densidad de los lquidos es importante por que permite determinar la calidad de un producto, el control de un proceso de fermentacin, el contenido de alcohol de productos destilados en porcentaje de volumen, el contenido de azcar en bebidas carbonatadas, la calidad de los productos y lubricantes del petrleo, la composicin de productos farmacuticos, la preparacin de pinturas, barnices y materiales de recubrimiento. Tambin la densidad tiene gran importancia en el campo de la salud ya que nos da referencia de la cantidad de lquido que se encuentra en una parte del cuerpo y asi observar si hay variacin o dficit de este liquido en el organismo y ver como este lo afecta.

III. FUNDAMENTOS TERICOS

VISCOSIDAD Los gases y lquidos poseen una propiedad conocida como viscosidad, que se define como la resistencia que una parte del flido 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 LQUIDOSLos 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 incremen- 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 liquidos, 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 centiposises 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 Viscosmetro Stormer 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 LQUIDOS El mtodo mas 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

IV. TABLA DE DATOS

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

20.175694

TABLA (2-3): DATOS PARA DETERMINAR VISCOSIDAD DE LA SOLUCIN DE GLICERINA TABLA 2 GLICERINA (T=25 C) (88-86)%

Masa(g)Tiempo(s)

t1t2t3t4t(promedio)

10025.4125.3325.6525.2525,41

12523.9423.9323.8724.0023.94

15021.9121.9121.4421.4021.56

17519.3319.3319.5119.5319.48

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

Masa(g)Tiempo(s)

t1t2t3t4t(promedio)

10020.7120.9921.1721.2921.065

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

Componentes de la masamasa(g) : W

Picnmetro vacoW110.4177

Picnmetro +aguaW220.4970

Picnmetro vacoW310.4140

Picnmetro + glicerinaW423.3705

DATOS TERICOSTABLA 5: DATOS DE LA GLICERINA PURAGLICERINA (T=25C)(88-86)%

Densidad ()1.22400 g/ml

Viscosidad ( n)194.2 cp

Referencia :1. John Perry ;Manual del Ingeniero Qumico;tomo1;pag 2762. Lange,Manual de qumica ,tomo IV , 13 edicin ,Edit. Mc Graw Hill ,pag 10-100TABLA 5: DATOS DEL AGUAAGUA

Densidad () a 4C1.0000 g/ml

Densidad () a 25C0.99707 g/ml

Referencia : Robert C. Weast ;Handbook of Chemistry and Physics ;53 edicin ;Edit. Cepress (1972-1973); pgina F-11

RESULTADOS TERICOS TABLA 6: DATOS PARA OBTENER LA ECUACIN : POR EL MTODO ANALTICOGLICERINA (T=25C)(86-88) %

viscosidad (n)= 194.2 cp

it (tiempo promedio )Masa (m)n/mt .( n/m)t2

125,411001.94249,34622645,6681

223,941251.55437,20276573,1236

321,561501.29427,9202464,8336

419,481751.1121,6228379,4704

90,394505.901136,09202063,0957

RESULTADOS EXPERIMENTALES Tabla 7 : VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LA GLICERINA TEMPERATURA (T) :25C

Solucin de glicerina 50%Glicerina (86-88)%

Viscosidad(n)124.87 cpDensidad ()1.28169 g/ml

Tabla 8: PORCENTAJE DE ERROR TEMPERATURA(T):25C

GLICERINA (86-88)%EXPERIMENTALTERICO% error

Densidad(g/ml)1.281691.22400-4.7%

V. EJEMPLO DE CLCULODETERMINACIN DE LA ECUACIN DE LA VISCOSIDAD METODO ANALTICOComo la grfica 1 muestra que la ecuacin de la viscosidad tiende a ser una ecuacin lineal, entonces K y a se obtendr por el mtodo de mnimos cuadradosecuacin de la viscosidadDespejando n/m : ecuacin de la viscosidad ..ecuacin linealAl comparar ambas ecuaciones se obtiene:n/m =y ; t= x ; k=A ; - =BCon los datos de la tabla 6 y con el mtodo de mnimos cuadrados se obtiene : P =nmero de datos = 4

= = 0.1338

= = -1.5485

Entonces:K=0.1338; Entonces la ecuacion de la viscosidad quede expresada de la siguiente manera :

...(1) Al reemplazar el dato de la tabla 3 en la ecuacin (1) 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% = 127.00 cp

METODO GRFICO Utilizando un par de datos de la grafica 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 grafica 1 se obtiene : K=pendiente = . (2) -ka =intercepto con el eje n/m = - 0.624. (3)De (1) y (2) se obtiene ael 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 DETERMINACIN DE LA DENSIDAD DE LA GLICERINA (86-88)%La densidad de la solucin de glicerina (86-88) % a la temperatura de 25C se calcular mediante la siguiente ecuacin :

..(5)

Donde : 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 4 en se obtiene: Reemplazando y los datos de la tabla 5 en la ecuacin (5 ) se obtiene la densidad experimental de la glicerina(86-88)% a 25 C ( ) :

CLCULO DEL PORCENTAJE DE ERROR DE LA DENSIDAD DE LA GLICERINA (86-88)% A 25C

%error =

VI. DISCUSIN DE RESULTADOS Al relizar 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 asi 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 = 10.4177g y W3 =10.4140g, 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% =127.00 cp por el mtodo analtico ,en comparacin la viscosidad de la glicerina (86-88)% a 25C que es n(86-88)% =194.2 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 =1.25545 g/ml de dicha sustancia ,se obtuvo un porcentaje de error de -4.7%,esto se debe al traslado del picnmetro del bao mara a 25C a la balanza para obtener W2 =20.4970g y W4 =23.3705g,ya que el traslado provocar un pequeo cambio de temperatura,variando as la densidad.

VII. 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 stromer se utiliza para medir la viscosidad de una sustancia La densidad depende de la temperatura

VIII. 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 permanesca a 25C,ya que si no est a dicha temperatura,se puede obtener datos errneos,por que 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.

IX. 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)

X. APNDICE

CUESTIONARIO:1.- Cmo 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.

2.-En la formacin de soluciones, como vara la viscosidad. La concentracin de una solucin es directamente proporcional con su viscosidad. Cuando la solucin del lquido problema sea ms diluida, la viscosidad de este lquido ser menor.Un ejemplo en particular es el del etanol, mientras que su viscosidad en una solucin de 20%(V/V) es de 2,18 cp, en una de 60%(V/V), es de 2,67 cp.

3.- Indique otros mtodos experimentales para la determinacin de la viscosidad de lquidos, dando un breve ejemplo.Los mtodos experimentales para la determinacin de la viscosidad de lquidos se caracterizan por el uso de un viscosmetro en particular. Viscosmetro del tubo capilarEn la figura 3 se muestra dos recipientes conectados por un tubo largo de dimetro pequeo,conocido como tubo capilar.Conforme el fluido fluye a travs del tubo con una velocidad constante ,el sistema pierde algo de enrga ocasionando una cada de presin que puede ser medida utilizando un manmetro.La magnitud de la cada de presin esta relacionada con la viscosidad del fluido mediante la siguiente ecuacin . En donde D,es el dimetro interior del tubo ,v es la velocidad del fluido y L es la longitud del tubo entre los puntos 1 y 2 vistos en la figura 3 en donde se mide la presin .

Figura 3 Viscosmetros de vidrio capilar Se utilizan para medir la viscosidad de lquidos transparentes y opacos. Al preparar la prueba de viscosidad, el tubo del viscosmetro se carga con una cantidad especfica de fluido de prueba.Despus de estabilizar la temperatura de prueba, se aplica una succin para hacer pasar el fluido por el bulbo, ligeramente por arriba de la marca superior del tiempo. Se suspende la succin y se permite que el fluido circule por gravedad. La seccin de trabajo de tubo es la capilar por debajo de la marca inferior del tiempo. Se registra el tiempo requerido para que el borde superior del menisco pase de la marca superior del tiempo a la inferior. Como la velocidad de flujo es proporcional a fuerza /resistencia, los tiempos de escurrimiento (t1 y t2) para igual volumen de dos liquidos estn en relacin inversa, es decir :

Donde es la densidad de un lquido .Esta expresin da las viscosidades relativas de los lquidos; si se conoce la viscosidad absoluta de uno de ellos ,puede calcularse la del otro .Un viscosmetro de vidrio capilar es el viscosmetro de Ostwald .

Figura 4 Viscosmetro de Ostwald

Viscosmetro de cada de bola Cuando un cuerpo cae en un fluido bajo la sola influencia de la gravedad,se acelera hasta que la fuerza que lo jala hacia abajo(su peso) queda balanceada por la fuerza de flotacin y la fuerza de arrastre viscoso que actan hacia arriba.La velocidad que adquiere en ese momento se conoce como velocidad terminal.El viscosmetro de cada de bola que se presenta en la figura 5 utiliza este principio,haciendo que una bola caiga libremente a travs del fluido y midiendo el tiempo requerido para que recorra una distancia conocida.As pues ,la velocidad puede calcularse. la velocidad terminal se alcanza cuando la bola esta en equilibrio .

Donde :1. : peso especfico de la esfera2. :peso especfico del fluido3. : dimetro de la bola4. : velocidad lmite

Figura 5

I.