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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
VISCOSIDAD DE LIQUIDOS
I. OBJETIVO
Adquirir destreza en la medición de la viscosidad de líquidos usando el
método de Ostwald.
Analizar la variación de la concentración y sus efectos en la viscosidad de un
líquido.
Poder calcular la viscosidad, haciendo uso de relaciones matemáticas.
II. FUNDAMENTO TEORICO
1. Viscosidad .- Es la resistencia a fluir de los líquidos, realmente es un
efecto de fricción debido al desplazamiento de las capas del liquido de unas
sobre otras.
El coeficiente de viscosidad se define como la fuerza requerida por unidad de
área para mantener una diferencia de velocidad unidad entre las laminas
paralelas del fluido separadas por una distancia de un centímetro.
Los líquidos que tienen coeficientes de viscosidad bajos se dice que son
móviles ya que fluyen fácilmente, cuando la viscosidad es elevada el líquido
es viscoso. El reciproco del coeficiente de viscosidad de denomina fluidez y
viene a ser la medida de la facilidad en que un liquido puede fluir.
El coeficiente de viscosidad se expresan en dinas seg cm–2 y se denomina
poise.
De la formula de Newton de la viscosidad :
F = - Vx
A y
En las inmediaciones de la superficie que se mueve, donde y = 0 , el fluido
comunica , a m vez , parte de su cantidad de movimiento a la capa adyacente
de líquido, donde lugar a que se mantenga en movimiento X a través del
fluido en dirección Y.
Todos los gases y la mejora de los líquidos sencillos, se comportan de
acuerdo con la ecuación (1)
2. Ley de Poiseville
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Quizás la manifestación mas común de la viscosidad en el laboratorio esta
en el flujo de un fluido a través de un tubo o conducto. La velocidad de flujo
en volumen es proporcional o la caída de presión supuesto que el volumen
es laminar . La ecuación real se conoce como la ecuación de Poiseville.
= (P1 -P2) r4 t ..... (2)
8vl
donde es la viscosidad en Poises, P1 - P2 es la caída de Presiones ( En dinas por
centímetro cuadrado, y r es el radio del tubo ( en centímetros), V es la velocidad de
flujo en volumen ( en cm3 por segundo), L es la longitud del tubo ( En centímetros), y
T es el tiempo en segundos.
En nuestra experiencia en el Laboratorio vamos a usar un viscosímetro de Ostwald
que es una aplicación de la ecuación de Poiseville excepto de la caída de Presión
que varia con el tiempo cuando cae el nivel del liquido y como consecuencia la
velocidad del flujo . La caída de presiones medias es proporcional a la densidad del
liquido y como los otros términos son constantes entonces la ecuación se simplifica :
= kt ..... (3)
donde K es una constante para un viscosímetro determinado y se halla por medida
de tiempo para un liquido de viscosidad conocida .
3. Viscosidad Cinemática
Resulta conveniente disponer de un símbolo para representar la viscosidad
del fluido dividida por su densidad y con este fin se define , que se define
como viscosidad cinemática.
=
... (4)
4. Influencia de la Temperatura
La viscosidad de los líquidos disminuyen invariablemente al elevar la
temperatura, ya que sus moléculas a temperaturas altas poseen mayor
energía cinética , el liquido puede fluir mas fácilmente. El efecto
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predominante de la temperatura es la por consiguiente reducir el numero de
colisiones .
Se han propuesto numerosas ecuaciones que realizan viscosidad y
temperatura pero por razones teóricas se ha preferido los del tipo
exponencial, deducida por primera vez por Arrhenius ( 1912)
= AeB/RT ... (5)
donde A y B son constantes para el líquido dado.
III. PARTE EXPERIMENTAL
1) Materiales , Equipos y reactivos.
- Viscosidad de Ostwald.
- Pipeta graduada
- Tubo de ensayo 15 x 100 mm
- Bombilla
- Soporte y Pinza
- Picnómetro.
2) Procedimiento
- Determinar el volumen del picnómetro y las densidades del ácido
acético a diferentes concentraciones ( 1M, 0.5M, 0.25M, 0.125M)
- Fijar el viscosimetro verticalmente con pinza al soporte universal.
- Añadir con una pipeta una cantidad de la muestra.
- Bombear el agua hasta que el nivel sea mayor ala marca superior en
el viscosimetro.
- Dejar caer libremente tomando el tiempo que demora en pasar el
nivel del liquido las marcas a y b.
- Repetir para el agua y el ácido acético y encontrar las viscosidades
usando la densidad y la viscosidad del agua como dato.
IV. TRATAMIENTO DE DATOS
1) Hallamos el volumen del picnómetro usando la densidad del agua a 24.2°C .
= M = 24.30061 gr
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V 24.3677ml
= 0.997246 gr/ml
2) Hallamos la densidad para las diferentes concentraciones de ácido acético.
1M : = 24.49661 = 1.005165 gr/ml
24.3677 ml
0.5M : = 24.38681 gr = 1.000659 gr/ml
24.3677 ml
0.25M : = 24.33461 gr = 0.998418 gr/ml
24.3677 ml
0.125M : = 24.31761 gr = 0.99772 gr/ml
24.3677 ml
2) Hallamos la viscosidad para los diferentes instrucciones de ácido acético ,
primero hablamos la del agua a 24.2°C
24 ---- 0.9142
24.2 ---- x
25 ---- 0.8937
X = 0.9101 centipoise
Usando la formula
1 = t11 = 1 = t11
0.9101 (28.48)( 0.997246) 31.21
1M : = (34,073)(1.005165) = 1.09737
31.21
0.5M : = (32,263)(1.000659) = 1.03442
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31.21
0.25M : = (31,273)(0.998418) = 1.00043
31.21
0.125M : = (29,253)(0.99772) = 0.9351
31.21
5) Hallamos las viscosidades teóricas y usando la formula
% Peso = M M
10
1M : (1M) 60 gr /ml = 5.96917 % Peso
10 ( 1.005165)
% Peso 20°C 24.2°C 25°C
5 1.43 1.03128 1.010
5.96917 1.05828
6 1.175 1.05908 1.037
Del mismo modo hallamos para las demás concentraciones.
0.5M 2.998 % Peso = 0.97884
0.25 M 1.199 % Peso = 0.94761
0.125 M 0.7517 % Peso = 0.9259
M Teórico (Centipoise)
Experimental ( Centipoise)
% Error
1 1.05828 1.09737 3.690.5 0.97884 1.03442 5.67
0.25 0.94761 1.00043 5.570.125 0.9259 0.9351 0.99
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6) Hallamos el valor del radio del capilar, tenemos que :
r4 = 8 LV
T P
P = 0.997 246 gr/m3 x 9.8 m/2 x 0.039 m = 381147 Limes /cm2
= 0.9101 centipoise = 9.1 x 10-3 Poises
r4 = 8(9.1 x 10-3 Poises) ( 7.1 cm ) ( 13.16 ml)
( 28.48 seg) ( 3811.47 lm / cm2)
r4 = 2.3538 cm4
r = 0.06956 cm
D = 0.13912 cm
7. ¿Qué otros viscosimetro conoce ? Explicar el principio de manejo para
determinar la viscosidad de un liquido.
Viscosimetro de Covette .- Aplicable a liquido muy viscosos . Consiste en una
taza donde se deposita el liquido cuya viscosidad se desea hablar, en el interior se
coloca concéntricamente una taza invertida, suspendida por un alambre de modulo
de torsión conocido, el hacer girar con velocidad angular informe la taja inferior , la
otra gira también cierto ángulo, que es proporcional a la viscosidad del fluido. Se
establece la igualdad de momento y se encuentra la formula siguiente :
= e ( r-2 - R-2) / 4 wL
donde e es el esfuerzo de corte, w la velocidad angular de la taja inferior, L la
altura efectiva del liquido entre las 2 tazas e R y r los radios.
a) Viscosimetro de acercamiento y de apartamiento de la superficie .-
Cuando de placas o superficies entre las cuales hay una capa de fluido se
juntan o se separa, la velocidad de separación o acercamiento para una
fuerza aplicada determinada esta en relación con la viscosidad Michell uso
este principio en un aparato consistente en una esfera ajustada con una copa
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con huelgo de 0.01 mm y sujeta mediante 3 pequeñas clavijas que se
proyectan radialmente hacia el interior. Se introduce la esfera a la copa y se
llena el espacio de separación con aceite . Se invierte la copa y se mide el
tiempo en que tarda en caer la esfera , que es proporcional a la viscosidad
del aceite en poises. De ordinario los resultados tiene un precisión de 1%..
b) Viscosimetro Cinéticos.- Empleados en la industria del petróleo son
simples depósitos isotérmicos donde se coloca el liquido , que fluye a través
de una tubería, se mide el tiempo en segundos que tarda en salir un volumen
determinado, con el cual se encuentra la viscosidad cinética .
Los instrumentos de Saybolt, Engler y Redwood son los mas usados .
= At - Bt-1
Donde t es el tiempo de flujo y A y B constantes
c) Viscosimetro de caída por gravedad .- Se derivan en general del modelo
original de Ostwald. La ecuación adecuada para la aplicarla a este aparato es
= r4 t mv
8v ( L + nr) 8 ( L + nr)t
donde “n” es una constante llamada de Couette ,tal que nr es el aumento hipotético
de la longitud del capital y “m” es el coeficiente de energía cinética.
V. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
Hubiera sido interesante haber trabajo a diferentes temperaturas para notar la
relación existente entre velocidad y temperatura que se sabe es inversamente
proporcional y mayormente se le relaciona con una exponencial.
Si se hubiera hecho seria recomendable el uso de termostatos transparentes
para poder medir la temperatura .
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VI. CONCLUSIONES
Podemos observar la dependencia de la concentración con la viscosidad,
esta se hace notoria en los tiempos tomado en el experimento que disminuye
al disminuir la concentración ya que se tiene un menor numero de moléculas
en la solución y esta tiende a fluir mas rápidamente.
* Se observa que para la presente mezcla , ácido acético y agua la viscosidad
de la mezcla es siempre mayor a la viscosidad del agua pura .
* Observando los porcentajes de error podemos ver que el viscosimetro de
Oswald nos da buenas medidas y es útil para soluciones poco viscosas a
comparación del método es la esfera descendente que no se uso pero se
supone útil para soluciones mas viscosas.
Se puede notar la importancia de la viscosidad y fluidez en diferentes
industrias como la del petróleo y de sus productos a fines .
* El volumen del liquido prueba debe de ser tal que cuando se alcanza el
equilibrio en el viscosimetro el nivel sea menor al de la parte inferior del
bulbo ya que sino el agua no bajaría o su velocidad seria muy lenta
dándonos datos errados.
VII. BIBLIOGRAFIA
- Bird , Stewart, Lightfoot – Fenómenos de transporte – Editorial
Reverte S.A. Cap. 1. - Pag. 3 – 6
- A.J.Mee – Químico Física – Editorial Gustavo Gili S.A.- 4ta Edición -
Pag. 267 – 270
- Glasstone – Tratado de fisicoquímica – 2da Edición - Pag. 49- 452
- Kirk, Enciclopedia de la Tecnología Química - Tomo XVI - Pag
115 – 126