UNIVERSIDAD NACIONAL MAY MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA
EXPERIMENTO EXPERIMEN TO
: N° 4
TEMA
: Viscosidad de Líquidos
PROFESOR
: M. Manuel Meía
AL!MNOS
: "#u$ Roas %ossue An&onio Vis,al Palacios Is#ael Eslaa So&o "a#los
FE"0A 1E REALI3A"IN
: '42'42/''/
FE"0A 1E ENTRE6A
: ((2'52/''/
6R!PO
: 7F8
'((()*4+ '((()*-+ '(((4/+)
TABLA DE CONTENIDO
INTRO1!""ION RES!MEN PRIN"IPIOS TEORI"OS TA9!LA"IN 1E 1ATOS EXPERIMENTALES RES!LTA1OS "AL"!LOS ;E%EMPLOS< "ON"L!SIONES RE"OMEN1A"IONES 9I9LIO6RAFIA APEN1I"E
INTRODUCCION
El o,e&io de es&a e=>e#iencia ?ue la de&e#@inacin de las iscosidades de líquidos >o# @edios @ecBnicos. To@ando en cuen&a las condiciones a&@os?C#icas en las que se encon&#a,a nues&#o la,o#a&o#io al #eali$a# la e=>e#iencia. La iscosidad es la >#o>iedad ?ísica que ca#ac&e#i$a la #esis&encia al ?luo de los ?luidos sencillos. Siendo la iscosidad una >#o>iedad de la @a&e#ia que &iende a @ani?es&a#se en los líquidos D ases la can&idad de @oi@ien&o de>ende del es&ado ?ísico de la @a&e#ia D co@o sus ?ac&o#es in?luDen&es que son la >#esin D la &e@>e#a&u#a. Pa#a la de&e#@inacin e=>e#i@en&al de la iscosidad u&ili$a@os el iscosí@e&#o de Os&Gald su uso consis&e en @edi# el &ie@>o #eque#ido >a#a que un olu@en dado de un líquido se escu##a >o# un &u,o ca>ila# de di@ensiones de?inidas D ,ao una di?e#encia de >#esin conocida D a &e@>e#a&u#as a@,ien&e.
RESUMEN El o,e&io de la >#Bc&ica ?ue de&e#@ina# la iscosidad de líquido D su #elacin con la &e@>e#a&u#a. Las condiciones de la,o#a&o#io ?ue#on en cuan&o a la >#esin -5H@@0 la &e@>e#a&u#a ?ue de /)°" D la u@edad #ela&ia ?ue de +5J. La iscosidad de los líquidos se >uede de&e#@ina# a &#aCs de la e=>e#iencia con el Viscosí@e&#o de Os&Gald &an&o >a#a dos @ues&#as a la e$ o a >a#&i# de una @ues&#a de #e?e#encia. Mues&#a !sada: (K9u&anol D 0e=ano La iscosidad de los líquidos dis@inuDe >o# lo ene#al al au@en&o la &e@>e#a&u#a. Saca# de,ida@en&e el iscosí@e&#o u&ili$ado en la e=>e#iencia ade@Bs de &ene# ,as&an&e concen&#acin al de&e#@ina# el &ie@>o de descenso de la @ues&#a del ,ul,o al ca>ila#.
:
PRINCIPIOS TEORICOS VISCOSIDAD Se de?ine co@o la #esis&encia que una >a#&e del ?luido o?#ece al des>la$a@ien&o de la o&#a. La iscosidad se >#oduce >o# e?ec&o de co#&e de una ca>a de ?luido al desli$a#se so,#e o&#a D es @uD dis&in&a de la a&#accin in&e#@olecula#. Puede >ensa#se que es&a causada >o# la ?#iccin in&e#na de las @olCculas D es&B >#esen&e &an&o en ases co@o en líquidos. Pa#a de?ini# la iscosidad su>ona@os que un liquido se es&#a&i?ica en ca>as o >lanos @olecula#es desine@os al B#ea de cada >lano >o# A D >o# dy la dis&ancia in&e#>lana#. Su>ona@os ade@Bs que cada uno de los >lanos se @uee a la de#eca con las elocidades ( / e&c. donde cada alo# de es&a sucesin es @aDo# que el >#eceden&e sen el inc#e@en&o dv . El ?luo que &iene lua# así se deno@ina la@ina# D es di?e#en&e del &u#,ulen&o en el cual no se conse#a el >a#alelis@o de los >lanos. En el ?luo la@ina# la ?ue#$a #eque#ida >a#a @an&ene# una di?e#encia de elocidad es&aciona#ia dv en&#e dos >lanos >a#alelos cualesquie#a es di#ec&a@en&e >#o>o#cional a A D dv D es ine#sa@en&e >#o>o#cional a dy . En consecuencia : R H r 1onde es una cons&an&e de >#o>o#cionalidad lla@ada coe?icien&e de iscosidad del ?luido. La can&idad dv 2 dy en la ecuacin an&e#io# se #e?ie#e a la elocidad de co#&e 6 @ien&#as que F2A indica ?ue#$a >o# unidad de B#ea deno@inada ?ue#$a de co#&e. En ?uncin de F D 6 la ecuacin se &#ans?o#@a en : n F 6 El coe?icien&e de iscosidad #esul&a así co@o la ?ue#$a #eque#ida >a#a @oe# una ca>a de ?luido con una di?e#encia de elocidad de (c@2s #es>ec&o a o&#a ca>a si&uada a ( c@ de se>a#acin. Aunque la ?ue#$a F >uede a#ia# con las condiciones e=>e#i@en&ales el coe?icien&e de iscosidad es una can&idad ?ísica ca#ac&e#ís&ica de cada ?luido. En el sis&e@a "6S la iscosidad se e=>#esa en >oise siendo es&e el coe?icien&e que #equie#e una ?ue#$a de una dina cuando A dv D dy son &odas la unidad en la ecuacin an&e#io#. La iscosidad de los líquidos se da en >oises o cen&i>oise es deci# (' K(/ >oises.
VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS Ley de Hagen – Poiseuille La siuien&e ecuacin es la conocida leD de 0aen Poiseuille. # 4 & P + LV
1onde # es el #adio de un &u,o' delado de loni&ud L >o# el que ?luDe un olu@en de liquido V en un &ie@>o & ,ao una caída de >#esin P . !n ,uen @C&odo >a#a de&e#@ina# la iscosidad de un liquido es co@>a#a# su &ie@>o de ?luo en &u,o ca>ila# con el &ie@>o de ?luo de un seundo liquido de iscosidad conocida >o# el @is@o &u,o ca>ila#. Es&e @C&odo ace innecesa#io el conoci@ien&o de los alo#es de # L V D de la ecuacin an&e#io#. En el iscosí@e&#o de Os&Gald se >uede a>lica# es&a leD. Se in&#oduce en el ,#a$o A de es&e iscosí@e&#o un olu@en de?inido del liquido cuDa iscosidad de de,e de&e#@ina#. Se llea >o# succin su @enisco >o# enci@a de la @a#ca // D se ano&a el &ie@>o que necesi&a dico @enisco >a#a i# de la @a#ca 7a8 a la @a#ca 7,8. Al i# de 7a8 a 7,8 Cl liquido ?luDe >o# el ca>ila# D la iscosidad >a#a el ci&ado liquido es: ( # 4 &(; P <( + LV donde el su,índice ( se #e?ie#e al liquido desconocido. Lueo en el iscosí@e&#o se ano&a el &ie@>o necesa#io >a#a que ?luDa de 7a8 a 7,8 un seundo liquido de iscosidad conocida. Así >ues: / # 4 &/; P
La >#esin que se ee#ce so,#e el liquido se de,e a su ca#a id#os&B&ica D su densidad o sea en donde es la cons&an&e #ai&acional. La ca#a id#os&B&ica es cons&an&e >a#a @a#cas ?ias en un iscosí@e&#o dado D >o# &an&o: ( ( /
/
la ecuacin se conie#&e en: &( / &/ (
( /
TABULACIN DE DATOS E!PERIMENTALES " RESULTADOS #$ DATOS TEORICOS Ta,la de 1ensidades &e#icas 1ENSI1A1 1EL A6!A 1ENSI1A1 1EL 0EXANO 1ENSI1A1 1EL (K9!TANOL
%&'C '.**+
&('C '.**-
&)'C '.**+
'.+44
'.+)*
'.+44
%&'C '.*)5+ './H /*4+
&('C '-/ './ /)
&)'C 'H( '.((.*-
Ta,la de Viscosidades &e#icas VIS"OSI1A1 1EL A6!A ;c>< VIS"OSI1A1 1EL 0EXANO ;c>< VIS"OSI1A1 1EL (K9!TANOL;c><
%$ DATOS OBTENIDOS EN LA PRACTICA* K Mues&#a 0/O des&ilada T+%&'C,S T+&('C,S Tie@>o &( *.45 +.45 &/ *.-5 +.-+ & >#o@edio *.H +.H/ K
K
Mues&#a 9 : ;0e=anol o ( ,u&anol< T+%&'C,S T+&('C,S Tie@>o &( /H.++ /4.+&/ /-.H+ /4.H/ & >#o@edio /-./+ /4.-5
T+&)'C,S +.(5 +./H +./( T+&)'C,S //.5) /).(4 //.+4
Volu@en de la @ues&#a D del aua 4.5 @l
&$ RESULTADOS OBTENIDOS En función del a<
metanol como posible muestra (teniendo como referencia la viscosidad del agua)
/)°"
)'°"
)5°"
VIS"OSI1A1 1EL 0EXANOL ;c>< J E##o# ,<
En ?uncin del ( 9u&anol co@o >osi,le @ues&#a ;&eniendo co@o #e?e#encia la iscosidad del aua<: /)°" )'°" )5°" VIS"OSI1A1 1EL ( 9!TANOL;c>< /./5 (.-4 (.44 J E##o# /)./4.) /H.*
1e lo cual se concluDe que la @ues&#a u&ili$ada en la e=>e#iencia es el
CALCULOS A, CALCULO DEL COE-ICIENTE DE VISCOSIDAD Posi,les @ues&#a de las que alla@os de iscosidad K 0e=anol K ( 9u&anol Se alla#B las densidades a >a#&i# de la siuien&e ?#@ula to
K
)' C /
/) C H /O
/) C
H O /
)5 C H /O
)5 C
H O /
K
(
;T
TO <
1ensidad del aua: ;2c@ )< del 0/O A /'°" ;encon&#ada en &a,las
)' C H /O
H O
'F**+ ( +F5'5) X (' 5 ;/' )'<
'F**-(5 g 2 cm
)
'F**+ ( +F5'5) X (' 5 ;/' /)<
'F**--5 g 2 cm )
'F**+ ( +F5'5) X (' 5 ;/' )5<
'F**H-) g 2 cm )
1ensidad de ( 9!TANOL ;"4O0('< A >a#&i# de la ?#@ula: d '+H(4 A '''-/*/ 9 ' ''''''-5
A /)°"
d& do A& 9& / d& '+H(4 -/*/=(' K5 ;/)
d& '+44 2c@ / d& '+H(4 -/*/=(' K5;)'
A )'°"
d& '+H(4 -/*/=(' K5 ;/4
a#a &odas las &e@>e#a&u#as 1e acue#do a la ?#@ula A )5°"
n( n/
P ( xt ( ;muestra< P / xt / ;agua<
&o@a@os co@o #e?e#encia la iscosidad D densidad del aua. Asumiendo de que se trata de una muestra de hexano.
Pa#a una T /)°" n(
n(
SSSSS x /- ./+ x(.''/ 'F**+ x* .H
cen&i>ois
Pa#a una T )'° " n(
n(
SSSSS x /4.-5 x 'F+5 'F**- x+.H/
cen&i>ois
Pa#a una T )5° " n(
n(
SSSSS S x // .+4 x 'F+5 'F**+ x+ ./(
cen&i>ois
Ahora asumimos que se trata de 1 – Butanol
Pa#a una T /)°" n(
'F+44 x/-./+ x'.*)5+ 'F**+ x*.H
n( /./5 cen&i>ois
Pa#a una T )'° " n(
'F+)* x/4.-5 x'F-/ 'F**- x+.H/
n( (.-4 cen&i>ois Pa#a una T )5° " n(
'F+44 x//.+4 x'FH( 'F**+ x+./(
n( (.44 cen&i>ois
K
De.e/0ina1i2n del Po/1en.a3e de e//o/ de las 4is1osidad e56e/i0en.ales de las 6osi7les 0ues./as* (. T#a&Bndose del e=ano './H SSSS x('' './H './ SSSS x('' J E;)'°"< './ '.(- SSSS x('' J E;)5°"< '.(
a< J E;/)°"< ,< c<
J J J
/. T#a&Bndose del ( ,u&anol /.*4+ /./5 x('' /).-J /.*4+
d< J E;/)°"<
/F)' (.-4 x('' /4.)J /F)
e< J E;)'°"< ?<
(.*- (.44 x('' /H.*J (.*
J E;)5°"<
1e la cual >ode@os de&e#@ina# que la @ues&#a e@>leada en la e=>e#iencia es el >o# que el >o#cen&ae es @enos en co@>a#acin con el .
CONCLUSIONES K
El ?en@eno de iscosidad es la #esis&encia e=>e#i@en&al >o# la >o#cin de un líquido cuando se desli$a so,#e la o&#a.
K
Los >esos @olecula#es de los co@>ues&os in?luDen en la iscosidad de es&os. Así los co@>ues&os de @aDo# >eso @olecula# >#esen&an @aDo# iscosidad. !n caso >a#&icula# que no o,edece es&e >#inci>io es el aua al cual de,ido a su >eso @olecula# ,ao >osee una iscosidad al&a de,ido a los enlaces de id#oeno.
K
La iscosidad de un co@>ues&o de>ende o a#ía en ?uncin de la &e@>e#a&u#a.
K
A @aDo# &e@>e#a&u#a es @Bs #B>ido el descenso del líquido de ,ul,o al ca>ila# #es>ec&ia@en&e.
RECOMENDACIONES K
El Viscosí@e&#o de Os&Gald cuando en el la,o#a&o#io de,e de es&a# >#eia@en&e laado con @e$cla sul?uc#nica D de,ida@en&e secado >ues >ueden ua#da# #esiduos de las @ues&#as an&e#io#es.
K
Tene# ,as&an&e cuidado al isuali$a# el >aso del liquido usado del ,ul,o acia el ca>ila# >ues se es&a#B calculando el &ie@>o el &ie@>o de su descenso de o&#a @ane#a lo#a#e@os una @aDo# e=ac&i&ud en los cBlculos.
K
Man&ene# cons&an&e la &e@>e#a&u#a del ,ao de aua a las &e@>e#a&u#as indicadas a las que se so@e&e el iscosí@e&#o con la @ues&#a.
BIBLIO8RA-9A
#$ MARON SAMUEL: PRUTTON CARL: FISI"OU!IMI"A Ed. Li@usa S.A MC=ico (*++.
7F!N1AMENTOS
1E
%$ PONS MU;;O 8ASTON 7Fisicoquí@ica8 H° de ed. Ed. !nie#so S.A. Li@a (*+5.
&$ CL"DE R$ MET;: 7Fisicoquí@ica8 (#a ed Ed. Mc. 6#aG 0ill La&inoa@e#icana S.A. 9oo&B "olo@,ia <$ PERR" ROBERTH =$ 7Manuel del Inenie#o Uuí@ico H&a Edicin. Ed. Mc. 6#aG Mill In&e#nacional de MC=ico (**-. >a. /-+ )(* D H-4.
APENDICE #, >Po/ ?u@ es ne1esa/io 1ono1e/ la 4is1osidad de una sus.an1ia Es necesa#io conoce# es&a >#o>iedad de las sus&ancia >o#que nos >e#@i&e conoce# si un ?luido ?lo&a o no ?Bcil@en&e que nos aDuda#B a d&e#@ina# el uso que le >ode@os da# a un ?luido co@o >o# ee@>lo los lu,#ican&es %, E56li?ue algunos [email protected] anal.i1os yo g/i1os 6a/a es.i0a/ la 4is1osidad de una sus.an1ia$
E=is&e un @C&odo >a#a la de&e#@inacin de la densidad de ases es&e consis&e en un ins&#u@en&o ca>ila# >a#ecido al de Ranine. El &u,o se encie##a a una >#esin de as deseada D se @ide el &ie@>o necesa#io >a#a que una ,oli&a de @e#cu#io caia en&#e las seales en el &u,o @Bs #ande.
&, Indi?ue o./os [email protected] e56e/i0en.ales 6a/a la de.e/0ina1i2n de la 4is1osidad de l?uidos: dando una 7/e4e e56li1a1i2n$
