1. TEMA: VISCOSIDAD DE LIQUIDOS 2. OBJETIVOS: -Determinar la Viscosidad del etanol en función de la temperatura. -Calcular la energía de activación del flujo del etanol. 3. FUNDAMENTO TEÓRICO: VISCOSIDAD La viscosidad de un líquido es un índice que sustancia a fluir.
nos indica la la resistencia de una
La deducción de la ecuación que sirve para la determinación del índice de viscosidad si se ha trabajado en capilares es: Fuerza de fricción:
Donde 2πrL es el área de la superficie del cilindro interno y dv/dr es el gradiente de velocidad, a medida que el radio radio del cilindro crece crece la velocidad disminuirá disminuirá por lo tanto el cociente de esta fracción será de magnitud negativa y para que la fuerza tenga un valor positivo se incluye en la fórmula un sigo negativo. Cuando se trata flujos de estados estable o estacionario, estacionario, la resistencia resistencia por fricción debe estar estar exactamente contrarrestada por una fuerza hacia abajo que corresponde a la 2 presión P por el área πr , por lo que:
Al integrar de forma definida la ecuación nos queda expresada:
∫ ∫ Lo que nos conduce a:
Dada la expresión que ha resultado se puede observar que la velocidad es una función parabólica de r. vale también acotar que esta expresión sólo es válida para el flujo laminar de un líquido.
Por último paso tenemos el cálculo de la tasa total de flujo del líquido por el capilar, en función de la viscosidad. El volumen del líquido que pasa por un elemento es (2πrdr)v, y el volumen total Q del líquido que pasa por segundo es:
∫ ∫
Donde V es el volumen total y t es el tiempo de flujo la ecuación a la que se llegó se llama la ley de Poiseville, se llama así en honor a Jean Poiseville, médico francés, esta ecuación es aplicable a líquidos y gases. De esta ecuación podemos despejar la viscosidad y nos quedaría así:
VISCOSÍMETRO DE OSTWALD
Es un aparato aparentemente sencillo que sirve para medir la viscosidad de un líquido y que fue inventado por Wolfgang Otswald. El viscosímetro consiste en un bulbo superior con dos marcas la una en la parte superior y la otra en la parte inferior, el bulbo se encuentra unido a un capilar y este a su vez a un tubo receptor. Cuando se quiere determinar la viscosidad de un líquido se succiona el líquido al bulbo superior con la ayuda de una pera hasta que alcance una altura un poco superior a la marca que está arriba del bulbo, al liberar el líquido se mide el tiempo que tarda este en cruzar desde la marca superior hasta la marca inferior, este tiempo es reemplazado en la siguiente ecuación:
Y es así que se determina la viscosidad de un líquido de forma experimental.
4.1.-MATERIALES Y REACTIVOS: Materiales
Reactivos
Termómetro A ±0.1°C
Agua destilada
Baño térmico (20, 25,30, 35)°C
etanol
(vaso de precipitación 2000 mL) Viscosímetro de Ostwald Pipeta volumétrica de 5mL Pera de succión Cronómetro de ±0.0001s
4.2.-PROCEDIMIENTO: 1. Lavar (acetona) correctamente el viscosímetro y secarlo. 2. Colocar 5 mililitros de agua con una pipeta volumétrica de 5 mililitros. 3. Sumergir el viscosímetro a un baño María a 20°C, el agua del baño debe recubrir 4. 5. 6. 7. 8.
el bulbo superior. Mantener el viscosímetro sumergido en el baño entre 5 y 10 minutos. El agua del viscosímetro se succiona con una pera hasta la línea superior. Cuando el líquido llega a la línea superior se acciona el cronómetro y se mide el tiempo de caída hasta que llega a la línea inferior, realizar tres veces este procedimiento. Hacer este procedimiento tanto para el agua como para el etanol. Repetir la operación a 25°C, 30°C y 35°C.
5. - DATOS EXPERIMENTALES T (°C)
t1
20,4 25 30,2 35
4,91 4,49 4,19 3,84
Tiempo agua (s)
t2
t3
t1
4,87 4,52 4,17 3,93
4,90 4,59 4,12 3,97
7,93 7,20 6,59 6,17
Tiempo etanol (s)
agua
t2
t3
(g/mL)
7,91 7,17 6,62 6,12
7,89 7,16 6,63 6,09
0,9923 0,9796 0,9788 0,9766
Datos teóricos de las viscosidades para el agua a diferentes temperaturas:
etanol
(g/mL) 0,8170 0,8255 0,8245 0,8227
Temperatura Viscosidad [N 20°C 25°C 30°C 35°C
0,001009 0,000895 0,000800 0,000721
6. CÁLCULOS:
Pares de datos para el cálculo de la viscosidad : temperatura 20,4 20,4 20,4 25 25 25 30,2 30,2 30,2 35 35 35
Tiempo agua 4,91 4,87 4,90 4,49 4,52 4,59 4,19 4,17 4,12 3,84 3,93 3,97
Tiempo etanol 7,93 7,91 7,89 7,20 7,17 7,16 6,59 6,62 6,63 6,17 6,12 6,09
Cálculo para encontrar la viscosidad de un líquido:
1. 2. 3.
T (°C)
(g/mL)
20,4 25 30,2 35
0,9923 0,9796 0,9788 0,9766
agua
etanol (g/mL)
0,8170 0,8255 0,8245 0,8227
0,0100 0,0089 0,0080 0,0072
0,0133 0,0120 0,0107 0,0095
Cálculos para encontrar la energía de activación del etanol: T °K 293,4 298 303,2 308
() 0,0013 0,0012 0,0010 0,0009
-6,6454 -6,7254 -6,9078 -7,0131
⁄ 0,00341 0,00335 0,00330 0,00325
b= 2375.8969 a= 14.7281
7. CALCULOS ESTADÍSTICOS:
= 0,0133
Media aritmética de las viscosidades del etanol a 20
Desviación estándar de las viscosidades del etanol a 20 S=
√
S = 0,00007
8.
Porcentaje del error para la viscosidad del etanol a 20
|̅ | | |
ANALISIS DE RESULTADOS Con el viscosímetro de Ostwald es posible determinar experimentalmente la viscosidad relativa del etanol utilizando un líquido de viscosidad y densidad conocida como el agua, los tiempos medidos para este líquido de referencia también son proporcionales al aumento de temperatura, conocida la densidad de ambos y la viscosidad de uno se puede determinar la viscosidad del líquido problema, que en este caso no difiere mucho de los valores tabulados. Los tiempos medidos se hacen más cortos a medida que la temperatura aumenta esta es una medida de la velocidad de flujo que aumenta proporcionalmente con la temperatura y lo viscosidad que es el objetivo de la practica va disminuir al aumentar la temperatura por la relación inversamente proporcional que ha sido ya demostrada. Con los datos experimentales, y una vez linealizada la función que relaciona viscosidad y temperatura es posible determinar experimentalmente la Energía d e activación de flujo para el etanol.
9. CONCLUSIONES:
Con esta práctica se pudo comprobar que la viscosidad del etanol disminuye conforme aumenta la temperatura es decir estamos en una relación inversamente proporcional. La viscosidad del etanol a 20 fue de 0,0133 P , a 25 fue de 0,0120 P, la de 30,2 fue de 0,0107 P y por último la de 35 que fue de 0,0095 P La energía de activación experimental del etanol fue de
10. DISCUSIÓN:
De no tener un líquido problema con densidad y viscosidad conocida es mucho más compleja la determinación experimental de la viscosidad para un líquido, puesto que se debe conocer el radio del capilar, la longitud y la diferencia de presión. Entonces es más fácil determinar experimental la viscosidad relativa respecto de una ya conocida. Por lo que es necesario que el volumen sea igual y constante para ambos líquidos, durante todas las determinaciones. Usando el mismo viscosímetro, podemos medir el tiempo t que emplea un líquido de
referencia (en este caso el agua), en desalojar un volumen V del tubo (descender una altura), el cual es el mismo que tiene que desalojar el líquido problema. Entonces basta con conocer la viscosidad de uno de los líquidos y la densidad de ambos así como el tiempo que tardan ambos líquidos en desalojar un volumen V igual para ambos y constante, para poder hallar la viscosidad del otro.
11. BIBLIOGRAFÍA
Libros:
Páginas web:
http://www.ucm.es/info/Geofis/practicas/propiedades%20agua.pdf http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/ponce_o_e/capitulo2.pdf http://www.doschivos.com/display.asp?ID=668&f=13547
