VISCOSIDAD DE LIQUIDOS

I. OBJETIVO :

- Adquirir destreza en la medición de la viscosidad de líquidos usando el viscosímetro de Ostwald.

- Observar el efecto de la temperatura sobre la viscosidad en distintos líquidos como el agua y el etanol.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

   La fuerza de fricción entre dos láminas contiguas de un fluido es F = ηS dv / dr, en donde S representa la superficie en contacto separadas a una distancia dr y con gradiente de velocidad dv/dr. La constante de proporcionalidad, η , posee unas dimensiones de (masa)(longitud)-1(tiempo)-1. Su unidad en el sistema SI es kg.m-1s-1. En el sistema CGS se llama poisse y es igual a una décima parte de la unidad SI.

VISCOSIDAD

Algunos líquidos, literalmente fluyen lentamente, mientras que otros fluyen con facilidad, la resistencia a fluir se conoce con el nombre de viscosidad. Si existe una mayor viscosidad, el líquido fluye más lentamente. Los líquidos como la maleza y el aceite de los motores son relativamente viscosos.

La viscosidad puede medirse tomando en cuenta el tiempo que transcurre cuando cierta cantidad de un líquido fluye a través de un delgado tubo, bajo la fuerza de la gravedad. En otro método, se utilizan esferas de acero que caen a través de un líquido y se mide la velocidad de caída. Si deseamos determinar

la viscosidad con respecto al tiempo, es decir el volumen del líquido que fluye con respecto al tiempo tenemos:

Donde:

= Velocidad de flujo del líquido a lo largo de un tubo.

r = Radio del tubo.

L = Longitud

(P1 - P2) = Diferencia de presión

A pesar de esto la determinación de las variables L y r es complicado, para esto empleamos un método de comparación entre un liquido de viscosidad desconocida y el agua como un liquido base, pero si consideramos que ∆ P es en proporción a la densidad ρ tenemos el siguiente análisis.

Donde:

η 1= Viscosidad del liquido desconocido. η = Viscosidad del agua.

                             El viscosímetro de Ostwald es de vidrio. Posee un ensanchamiento en forma de ampolla provista de sendos enrases, conectado a un tubo capilar vertical que se une a un segundo ensanchamiento destinado a la colocación de la muestra en una primera operación, y del agua o líquido de referencia en otra operación complementaria. El conjunto se introduce en un baño termostático para fijar la temperatura con precisión. Es indispensable la concreción de este valor, porque la magnitud de la viscosidad, o de su inverso la fluidez, son altamente dependientes de la temperatura, como fue demostrado por Arrhenius, y anteriormente por el español J. de Guzmán Carrancio (1913).

La dependencia se expresa como:

η = A exp(∆Evis/RT)

en donde ∆Evis representa la barrera de energía que se precisa vencer para que se produzca un flujo elemental.

El viscosimetro de Ostwald

III. DATOS EXPERIMENTALES:

T =27.3ºC Patm = 750.6 mmHg

Volumen del bulbo: ( V=8ml )

t baj / TºC 27.3ºC 32ºC 37ºC 42ºC 47ºC

H2O(l) 24.695s 23.67s 22.85s 22.18s 21.41s

C2H5OH(l) 40.01s 38.16s 35.67s 33.05s 31.73s

DATOS BIBLIOGRAFICOS:

Densidad del agua destilada en función de la temperatura.           T(º C)     ρ  (g/cm3 )         T (º C)    ρ   (g/cm3 )             27         0,9965421           38           0,9929936             28         0,9962623           39           0,9926232            29         0,9969735           40           0,9922455            30         0,9956756           41           0,99186            31         0,9953692           42           0,99147            32         0,9950542           43           0,99107            33         0,9947308           44           0,99066            34         0,9943991           45           0,99024            35         0,9940594   46   0,98982 36 0,9937119 47 0,98896 37 0,9933565

Densidad del alcohol etílico (C2H5OH(l)) 98% en función de la temperatura

T(º C) ρ etanol (g/cm3 ) T(º C) ρ etanol (g/cm3 )

10ºC 0.80399 30ºC 0.78684

15ºC 0.79975 35ºC 0.78217

20ºC 0.79547 40ºC 0.77806

25ºC 0.79117

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500.765

0.77

0.775

0.78

0.785

0.79

0.795

0.8

0.805

0.81

0.815

temperatura t(c)

de

ns

ida

d e

tan

ol

(gr/

ml)

DENSIDAD DEL ETANOL A DIFERENTES TEMPERATURAS

P=-0.0091T + 0.8095

Viscosidad del agua en función de la temperatura

T(º C) η (H2O) T(º C) η (H2O) T(º C) η (H2O)

27ºC 0.8545 35ºC 0.7225 43ºC 0.6207

28ºC 0.8360 36ºC 0.7085 44ºC 0.6097

29ºC 0.8180 37ºC 0.6947 45ºC 0.5988

30ºC 0.8007 38ºC 0.6814 46ºC 0.5883

31ºC 0.7840 39ºC 0.6685 47ºC 0.5782

32ºC 0.7679 40ºC 0.6560 48ºC 0.5683

33ºC 0.7523 41ºC 0.6439 49ºC 0.5588

34ºC 0.7371 42ºC 0.6321 50ºC 0.5494

Viscosidad del etanol en función de la temperatura

T(º C) η(etanol) T(ºC) η(etanol)

25ºC 1.096 45ºC 0.764

30ºC 1.003 50ºC 0.702

35ºC 0.914 55ºC 0.644

40ºC 0.834

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 600.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3viscosidad (exp) vs temperatura

vis

co

sid

ad

de

l eta

no

l (c

en

tip

ois

e)

temperatura(C)

IV. TRATAMIENTO DE DATOS:

Con los datos del agua determine el radio del capilar

∆p= ρ gh h= L

V= 8ml ρ= 0.996429 t= 24.695s

μ= 0.84895 centipoises g= 980 cm/s2

Con la Ec. 9 calcule la viscosidad del líquido problema a distintas temperaturas.

μ= π r 4 pt → r = (8 μ LV) ¼ r= (8 μ V) ¼ 8LV πρgLt πρgt

r= (8.(0.84895.10 - 2)g/cm.s.8cm 3 ) ¼ π(0.996429)g/cm3.(980cm/s2).24.695s

r = 0.05175cm

μ2= μ1 ρ2t2 ρt μ 2 = 0.8449 (0.7891). (40.01) = 1.08402 centipoise 27ºC (0.9964561).(24.695)

μ 2 = 0.7679 (0.785092). (98.96) = 0.9767 centipoise 32ºC (0.9950542). (23.67)

μ 2 = 0.6947 (0.780706). (35.67) = 0.85230 centipoise 37ºC (0.9933565). (22.85)

Las viscosidades del etanol a 42ºC y 47ºC se obtienen por medio de graficas.

- Proponga una ecuación para la viscosidad del agua y liquido problema, compare los resultados con los valores de tablas

μ2= t μ1 t

3.2 3.25 3.3 3.35 3.4 3.45

x 10-3

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

LN

(U)

1/T (1/K)

viscosidad del agua a diferentes temperaturas

LN(u) = 1.9494324 (1/T) – 0.0066352

Con los datos experimentales para el etanol:

3 3.05 3.1 3.15 3.2 3.25 3.3 3.35 3.4 3.45

x 10-3

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0viscosidad del etanol a distintas temperatura

LN

(u)

cen

tip

ois

e

1/T

Ln(u) = 1.8750993(1/T) - 0.00640706

Con los datos teoricos para el etanol:

- A partir del error relativo porcentual ¿Qué comentarios puede Ud. hacer?

3 3.05 3.1 3.15 3.2 3.25 3.3 3.35 3.4 3.45

x 10-3

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2viscosidad del etanol frente la temperatura

LN

(u)

1/T (1/K)

LN(u) = 1.71954032 (1/T) – 0.00567188

*Para 27.3ºC teóricamente con interpolación η= 1.05322 experimentalmente η= 1.08402

E.R.P= 100 - 1.05322 x 100 = 2.9% 1.08402

*Para 32ºC teóricamente con interpolación η= 0.9674 experimentalmente η= 0.9767

E.R.P= 100 - 0.9674 x 100 = 0.95% 0.9767

*Para 37ºC teóricamente con interpolación η= 0.8820 experimentalmente η= 0.8523

E.R.P= 100 - 0.8820 x 100 = -3.48% 0.8523

*Se puede comentar a partir de estos resultados que las mediciones del tiempo han presentado poco error.

V. DISCUSION DE RESULTADOS:

Uno de los hechos mas saltantes de este experimento es que no hay en tablas densidades del etanol a mas de 40ºC por lo que no podia calcularse las viscosidades del etanol. Por lo que se calcularon a partir de la grafica.

VI. CONCLUSIONES:

- La viscosidad varia de manera inversa con la temperatura. Esto es debido a que cuando la temperatura aumenta se rompen las fuerzas internas de fricción debido a la agitación molecular provocada.

- Para conocer la viscosidad de una sustancia desconocida solo basta saber su densidad y tomar una sustancia como muestra patrón ( generalmente el agua ). Luego, usando el viscosímetro de Ostwald, comparamos tiempos de deslizamiento de la sustancia.

- El tipo de flujo usando en el viscosímetro en el flujo en línea recta o llamado también laminar o viscoso debido a que las moléculas de las capas.

VII. RECOMENDACIONES :

Experimento Viscosidad de los Líquidos

  No todos los líquidos son iguales. Algunos son fluidos y fluyen fácilmente. Otros son espesos y pegajosos. La miel y el jarabe de maíz fluyen más lentamente que el agua. La resistencia de un líquido a fluir se llama viscosidad.

La viscosidad es una propiedad importante de los fluidos de perforación. Cuanto más viscoso es el fluido, más fácilmente suspenderá los detritos y los transportará hasta la superficie. Por otro lado, se necesita mayor presión para bombear los fluidos demasiado viscosos y además resulta más difícil retirar los detritos.

Una manera de determinar la viscosidad de un líquido es arrojando algo en él y observando cuánto tiempo tarda en hundirse.

Herramientas y Materiales

Para realizar este experimento necesitarás:

Un vaso alto o un cilindro graduado Un cronómetro que mida en 0,1 ó 0,01 de segundos 20 piedras, todas más o menos del mismo tamaño y forma Agua y por lo menos, otro líquido más. Una buena alternativa es el

jarabe de maíz. Un cuadro como el que encontrarás a continuación para registrar tus

resultados.

Las piedras que utilizamos provienen de una bolsa de gravilla gruesa que se utiliza para los acuarios y que se puede obtener en tiendas de mascotas. Las piedras eran algo irregulares, pero todas tenían más o menos el mismo tamaño: 7 a 8 mm de largo por 4 a 5 mm en cualquiera de las otras dos dimensiones.

Tiempo, expresado en segundos, que tarda una piedra en hundirse en el líquido

Ensayo agua, jarabe de maíz

Procedimiento:

1. Llena un tubo graduado con agua y anota la profundidad. 2. Deja caer seis piedras, una por vez. 3. Mide con el cronómetro el tiempo que demora cada piedra en llegar al

fondo. 4. Anota tus resultados.

Ahora repite el procedimiento con el jarabe de maíz y utiliza una tabla como ésta para anotar tus resultados.

VIII. BIBLIOGRAFIA

- ROBERT H. PERRY-DON W. GREEN, “MANUAL DEL INGENIERO QUIMICO”, SEXTA EDICION, Tomo I, ”VISCOSIDAD DE SOLUCIONES ACUOSAS INORGANICAS”, PAG. 276-295.

- RAYMONCHANG;”QUIMICA”; EDITORIAL”MCGRAW-HILL”, MEXICO; PG: 18.

- Internet mis buscadores.com , altavista, yahoo, etc.

HANDBOOK OF CHEMISKY NOBERT A LANGESPECIFIC VISCISITY OF AQUEOUS SOLUTIONS AT 20C

TOMO 5 PAGINA 1676....1680

MANUAL DEL INGENIERO QUIMICO PERRYPARA DENSIDADES DE SOLUCIONES ACUOSAS INORGÁNICAS

SECCION 3 TABLAS PAGINA 98.....109