DETERMINACIÓN DE VISCOSIDAD OBJETIVO: Determinar la viscosidad de un líquido a una temperatura determinada y la constante del viscosímetro de Ostwald. 1.- Pirincipios Teóricos Una propiedad general de un fluido es que a la aplicación de una fuerza tangencial que produce un flujo en el mismo, se le opone una fuerza proporcional al gradiente en la velocidad de flujo. Este fenómeno se conoce como viscosidad. Consideremos dos placas paralelas de área A separadas por una distancia D. es conveniente imaginar que D es pequeña en comparación con cualquier dimensión de las placas para evitar el efecto de borde. Entre las placas hay sustancia fluida uniforme. Si una de las placas se deja en reposo mientras la otra se mueve con velocidad uniforme V 0 en una dirección paralela a su propio plano, en condiciones ideales el fluido sufre un movimiento deslizante puro y se crea un gradiente de velocidad de V flujo de magnmitud 0 en el mismo. D
Este es el ejemplo mas sencillo de flujo laminar o flujo viscoso puro, en el que la inercia del fluido no juega un papel significativo en determinar la naturaleza de su movimiento. Para que se alcance un flujo laminar, la condición mas importante que se debe cumplir es que la velocidad del flujo sea lenta. En el flujo laminar en un sistema con límites sólidos estacionarios, las trayectorias de cada elemento del fluido con masa infinitesimal no atraviesan ninguna de las superficies laminares estacionarias de la familia infinita de ellas que puede definirse en el sistema. En el ejemplo sencillo dado antes, estas superficies laminares son los infinitos planos paralelos a las placas. Cuando la velocidad del fluido crece, el flujo se hace turbulento y su momento lo lleva a través de esas superficies laminares en forma que se producen vórtices o remolinos. En el ejemplo anterior, con flujo laminar, la fuerza F que resiste el movimiento relativo de las V V placas es proporcional al área A y al gradiente de velocidad 0 : F A 0 D D
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La constante de proporcionalidad se llama coeficiente de viscosidad del fluido, o sencillamente la viscosidad del mismo. La unidad c.g.s. de la viscosidad es el Poise. Las viscosidades de los líquidos comunes son del orden de 1 cP; a 20ºC, la viscosidad del agua es 1.0 cP; la del éter etílico es 0.23 cP y la de la glicerina de 830 cP. Las viscosidades de los gases son del orden de 100 a 200 P. la viscosidad de los liquidos y de los sólidos blandos disminuye con el aumento de la temperatura, en tanto que los gases aumenta al elevar la temperatura. Las viscosidades de todas las sustancias son virtualmente independientes de la presión a las presiones ordinarias, pero cambian a presiones muy elevadas y en los gases también a presiones muy bajas. 2.- Viscosímetro de Ostwald El método mas sencillo para medir viscosidades es mediante un viscosímetro de Ostwald (vease figura). En este tipo de viscosímetros, se determina la viscosidad de un líquido midiendo el tiempo de flujo de un volumen dado V del líquido en un tubo capilar bajo la influencia de la gravedad. Para un fluido virtualmente incompresible, como un líquido, este flujo está gobernado por la ley de Poiseuille de la forma: dV r ( p1 p 2 ) dT 8 L 4
donde dV/dt es la velocidad de flujo del líquido a lo largo de un tubo cilíndrico de radio r y de longitud L, y (p1 - p2) es la diferencia de presiones entre los dos extremos del tubo. Dado que (p1 - p2) es proporcional a la densidad del líquido en estudio, se puede demostrar que para un volumen total dado de un líquido: K t donde t es el tiempo en que el menisco superior cae de la marca superior del viscosímetro a la inferior (de A a B) y K es una constante del aparato que debe determinarse por calibración con un líquido de viscosidad conocida (por ejemplo, agua).
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3.- Materiales e Instrumentación – Baño termostático. – Termómetro – Viscosímetro de Ostwald. – Pipeta de 10 ml. – Cronómetro. – Vaso de 50 ml. – Muestra problema. – Propipeta. – Frasco lavador. 4.- Procedimiento Experimental 1.Llenar el viscosímetro limpio y seco con 10 ml del líquido problema, a través del tubo de mayor diámetro. 2.Introducir el viscosímetro en el baño termostático y esperar unos 5 minutos para que el líquido problema alcance la temperatura de medida. 3.Succionar líquido por encima de la marca superior del viscosímetro (tubo de menor diámetro) y medir a continuación el tiempo de paso del mismo entre las marcas A y B. 4.Hacer para cada líquido un mínimo de 3 medidas independientes. 5.Cuando se termine la serie de medidas con un líquido, limpiar el viscosímetro primero con agua y luego con alcohol y por último secar con aire. DETERMINACIÓN DE DENSIDADES Objetivo: Determinar la densidad de un líquido Materiales: Picnómetro de 50 ml Balanza analítica Líquido problema Agua destilada Ecuación: La densidad de un cuerpo es la masa del cuerpo por unidad de volumen http://www.ivan.cl
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m V La unidad de densidad en el S.I. es el kg/m3. La densidad relativa es el cociente entre la densidad del cuerpo y la de otro que se toma como referencia. Para los sólidos y los líquidos es usual tomar como referencia la densidad del agua a 4º C. Considerando esta definición de densidad relativa:
masa del cuerpo r a masa de un volumen igual de agua Método: El método del picnómetro es uno de los más sencillos y prácticos para determinar densidades. El picnómetro es un pequeño frasco de vidrio, cerrado por un tubo vertical de diámetro pequeño, en la que hay marcada una señal de enrase, para disponer de un volumen constante.
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Se pesa el picnómetro vacío, asegurándose que este bien limpio y seco. Obteniéndose m1. Se pesa el picnómetro lleno de agua destilada. Obteniéndose m 2. Se pesa el picnómetro lleno del líquido problema. Obteniéndose m3. Cuando se habla de picnómetro lleno, quiere decir que esta enrasado adecuadamente. Para facilitar el enrase puede utilizar trozos de papel toalla. El picnómetro debe estar bien seco por fuera.
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Obtenga la masa del líquido mediante la ecuación: m l = m3 – m1. Obtenga la masa del agua destilada: m a = m2 – m1. m Obtenga la densidad relativa del liquido buscado: r l . ma Anote la temperatura del agua y considere la densidad del agua para esta temperatura: a . Para obtener la densidad del líquido, multiplique la densidad relativa del líquido problema por la densidad del agua: l r a .
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