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VISCOSIMETRIA
RESUMEN En el siguiente articulo se presentara la practica realizada para la obtención de la viscosidad de agua y una sustancia problema, esta se realizo a diferentes temperaturas, usando un viscosímetro y tomando tiempos para su posterior calculo. para así analizar la influencia de la temperatura en la densidad y la viscosidad
SEBASTIAN MONARES 6092216 Universidad de América
[email protected] CAMILO VAQUEN 6082029 Universidad de América
PALABRAS CLAVES: viscosidad, densidad, tiempo, temperatura,
1. INTRODUCCIÓN La viscosidad viscosidad es la la medida de resistencia resistencia que oponen oponen los líquidos cuando se aplica una fuerza de tensión o existe una diferencia de presión, es una de las propiedades mas importantes en un solvente. Para lo cual se vuelve un factor importante el aprender a medir de forma experimental la viscosidad de diferentes líquidos. En esta práctica se utilizo un viscosímetro para la obtención de esta el método a seguir fue el siguiente: Se limpiaron los viscosímetros quedando totalmente secos para impedir errores en la medición. Posteriormente con un picnómetro se midieron las densidades del agua y la sustancia problema a temperatura ambiente, a baño maría se pusieron los viscosímetros succionando el líquido y midiendo el tiempo que tomaba en bajar desde el menisco superior al inferior del viscosímetro para así mas adelante realizar los correspondientes cálculos.
2. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS Densidad del aceite a 25°C Peso picnómetro vacío: 17,71gr Peso picnómetro con metanol: 38,025 gr Volumen picnómetro: 25 ml = = 0,8126 gr/cm =
3
812 Kg/m3
Densidad agua destilada a 25°C
Peso picnómetro vacío: 17,71 gr Peso picnómetro con agua: 42,68 gr Volumen picnómetro: 25ml = = 0,9988 gr/cm
3
3
= 998,8Kg/m
CONSTANTES DE LOS VISCOSÍMETROS K(200)= 0,1
0,001
AGUA Temperatura (ºC) 30 35 40 45 METANOL
tiempo 1 (seg) 121,07 113,41 105,2 99,52
tiempo 2 (seg) 121,1 113,81 104,34 99,36
tiempo 3 (seg) 121,17 112,91 104,82 98,17
tiempo promedio (seg) 121,111 113,377 104,457 99,017
Temperatura (ºC) 30 35
tiempo 1 (seg) 213,26 209,39
tiempo 2 (seg) 219,37 210,53
tiempo 3 (seg) 218,22 217,02
tiempo promedio (seg) 216,957 212,313
40
195,53 194,87 197,71 196,037
45 193,95 192,31 190,38 192,213 Tabla # 1. Datos obtenidos experimentalmente
2 K(75)= 0,008
0,00008
VISCOSIDAD CINEMÁTICA Fórmula para hallar densidad del metanol
v v
=
= viscosidad cinemática
K = Constante del viscosímetro t = tiempo que tarda el fluido en pasar por los meniscos
=
del viscosímetro
= 811, 914749 Kg/m3
= K (t-ϕ)
ϕ = Factor de corrección del viscosímetro
AGUA: A 30°C
=
= 0,00008
(121,111 - 0,56833)
v
= 0,009643413
= 811,8295158Kg/m3
=
A 35°C v
= 0,00008
=
v
= 0,009014424
= 811,6591032 Kg/m3
A 40°C
= 811,7443005 Kg/m3
Dónde:
v
0=
(113,377 - 0,69669)
v
= 0,00008
(104,457 - 0,81066)
v
= 0,008291707
Densidad metanol a 25°C
β = Coeficiente de compresibilidad ΔT = Diferencia de temperaturas del aceite
A 45°C TEMPERATURA SUSTANCIA ºC 25 30 AGUA 35 40 45 25 30 METANOL 35 40 45
DENSIDAD Kg/m3 1040 995,68 993,96 992,24 990,155 812 811, 914749 811,8295158 811,7443005 811,6591032
Tabla # 2 Viscosidades del agua y el aceite.*Las viscosidades del agua fueron obtenidas por tabla.
v
= 0,00008
(99,017 - 0,9779)
v
= 0,007843179
METANOL: v
K t
A 30°C v
= 0,001
v
= 0,216957
* 216,957 s
A 35°C v
= 0,001
* 212,313 s
3 v
= 0,212313
μ = 0,216957
A 40°C v
= 0,001
v
= 0,196037
μ = 0,17615
* 196,037 s
= 0,001
v
= 0,192213
v
* 192,213 s
*
*0,8117443005
μ = 0,159131
A 45°C
μ = Viscosidad absoluta
= Densidad de agua o aceite
AGUA A 30°C μ = 0,009643413
A 40°C μ = 0,196037
Dónde:
* 0,81182958
μ = 0,17236
2.1 CÁLCULO VISCOSIDAD ABOSULUTA μ=
A 35°C μ = 0,212313
A 45°C v
* 0.811914749
* 0,99568
μ = 0,009172124
μ = 0,192213
* 0,8116591032
μ = 0,150601 Ln μ 1/T (ºK) 3,30E-03 -4,691586395 3,25E-03 -4,788500772 3,19E-03 -4,881439763 3,14E-03 -4,999960968 Tabla # 3 Grafico Agua.
A 35°C μ = 0,009014424
* 0,99396
μ = 0,008324929
A 40°C μ = 0,008291707
* 0,99224
μ = 0,007586084
Grafica # 1 (1/T K vs Ln μ) Para el agua.
A 45°C μ = 0,007843179
* 0,990155
Lnμ = A 30º C
μ = 0,00673821
(Lnμ -
METANOL
(-4,691586395 + 11,159)(8,314 J/molK * 303,15K) =
A 30°C
____________________________
4
A 35º C (Lnμ (-4,788500772+ 11,159)(8,314 J/molK * 308,15K) = Lnμ = lnA *
A 40º C (Lnμ (-4,881439763+ 11,159)(8,314 J/molK * 313,15K) =
Este A equivale a la “m” o
pendiente de la ecuación de la regresión que observamos en la parte superior. TAMAÑO RELATIVO DE LOS ORIFICIOS
A 45º C
Tamaño =
(Lnμ (-4,999960968+ 11,159)(8,314 J/molK * 318,15K) =
(30ºC) ΔEvis /ΔEvap = 1,1 82327441 (35ºC) ΔEvis /ΔEvap = 1,186202424
A 30º C
(40ºC) ΔEvis /ΔEvap = 1,190082053 (45ºC) ΔEvis /ΔEvap = 1,193834548
A 35º C
Ln μ 1/ T K 3,30E-03 -1,173641937 3,25E-03 -1,75816996 3,19E-03 -1,838027517 3,14E-03 -1,89121324 Tabla # 4 Grafico Aceite
A 40º C
A 45º C
Grafica # 2 (1/T K vs Ln μ) Para el metanol.
5 Lnμ =
(30ºC) ΔEvis /ΔEvap = 1,07886211
A 30º C
(35ºC) ΔEvis /ΔEvap = 1,090099651
(Lnμ -
(40ºC) ΔEvis /ΔEvap = 1,083222561
(-1,17364194 + 14,854)(8,314 J/molK * 303,15K) =
(45ºC) ΔEvis /ΔEvap = 1,17737185
2.2 ANALISIS La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye.
TABLA
CÁLCULO
E
vis
A
DIFERENTES
TEMPERATURAS T°K 303,15 308,15 313,15 318,15
34479,8253 33550,98094 33887,46312 34287,85559
la viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura, a mayor temperatura la viscosidad es menor, se puede deducir a partir de la grafica que se aproxima a ser una línea recta
Como se puede observar en los cálculos, matemáticamente la viscosidad absoluta es dependiente de la densidad del fluido y su viscosidad cinemática; para reconocer el comportamiento de la viscosidad absoluta debe hablarse de la viscosidad cinemática; la viscosidad cinemática fue calculada en base a la constante del viscosímetro y el tiempo de fluidez a diferentes temperaturas; si se analiza para el agua y para el aceite, esta viscosidad cinemática varia solo debido al cambio del tiempo de fluidez que tardo el fluido en pasar desde un punto inicial de cada viscosímetro hasta un punto final; debido a este efecto se puede analizar que al generarse una disminución del tiempo de fluidez se produce un aumento de la temperatura y a su vez una disminución de la viscosidad cinemática , donde se observa que al aumentar la temperatura se produce un disminución de la viscosidad cinemática; este efecto representa que el aumento de la temperatura disminuye la viscosidad cinemática, representada por la característica de un fluido de oponerse al movimiento, sin tener en cuenta las fuerzas externas que actúan sobre él; es decir, independientemente de las fuerzas que generan el movimiento del fluido la viscosidad de éste disminuye con la temperatura. Al contar con el este criterio se puede establecer que la viscosidad absoluta tiende a disminuir en presencia de un aumento de temperatura; ya que, matemáticamente, esta es directamente proporcional a la densidad y a la viscosidad cinemática.
28479,26716
TABLA
CÁLCULO
E
vap
A
DIFERENTES
TEMPERATURAS T°K 303,15 308,15 313,15 318,15
31959,4365 30989,02184 31283,93402 29122,36739
Lnμ = lnA *
Este A equivale a la “m” o pendiente de la ecuación de la regresión que
observamos en la parte superior. ____________________________
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2. CONCLUSIONES - El tiempo que tardo el metanol en disminuir cuando se encontraba en el viscosímetro fue mayor al que tardo el agua -
-
Al hacer la práctica de laboratorio el tiempo que tardaba de cambiar de una temperatura a otra era relativamente corto a comparación de otros experimentos lo que permitió realizar una buena práctica en un tiempo relativamente corto La viscosidad del metanol y la del agua son relativamente similares, y al aumentar la temperatura sus resultados siguen siendo bastante parecidos
4. CUESTIONARIO 1. Nombre cinco fluidos newtonianos y cinco fluidos no newtonianos. Fluidos newtonianos: Es un fluido cuya viscosidad se puede considerar constante con el tiempo, entre ellos están (bajo condiciones normales) El aire, el agua la gasolina el vino y algunos aceites minerales. Estos son claros ejemplos de estos fluidos que tienen muy poca viscosidad y esta no varía con ninguna fuerza que le sea aplicada Fluidos no Newtonianos: Es un fluido cuya viscosidad varía con la tensión cortante que se le aplica, entre ellos están:
líquidos el aumento en la presión produce un incremento de viscosidad. Estas diferencias en el comportamiento de gases y líquidos provienen de que en los líquidos el factor dominante para determinar la viscosidad en la interacción molecular y no la transferencia de impulso. 3. Diga cuales podrían ser las causas de error en la medición de la viscosidad por este método. Uno de los factores que afectan la viscosidad de un fluido se ve seriamente afectada por la temperatura, la presión, y las sustancias ajenas a la sustancia variación de la viscosidad con la temperatura. Para obtener valores más exactos (que se ajusten más a los aceptados), deberíamos repetir el experimento varias veces y en distintas condiciones para aproximarlo a una media que sería relativamente confiable. Otro error en el procedimiento, fue la medición debido a la dificultad de medición en el método experimental, como la medida con el cronómetro, esto se puede atribuir a errores de tipo humano 4. Hable sobre los tipos de fluido que no cumplen con la definición de fluido pero que pertenece al grupo de los líquidos. Inicialmente los fluidos que no cumplen ciertas propiedades directas o proporcionales, con su constitución fisicoquímica, son denominados fluidos ideales, es decir fluidos que se facilitan a la hora de estudiarlos teóricamente. Ahora si se quieren conocer los fluidos reales que no cumplan con su definición directa se deben tener en cuenta las características las cuales son:
El barro, la sangre, la leche, la gelatina, la arcilla
La viscosidad depende fuertemente de la temperatura y de la presión. Unos ejemplos más claros son como, la miel, barro, arcilla, pintura, leche, mermelada, gelatina, betún y plastilina 2. A qué se debe que con el aumento de la temperatura la viscosidad de los gases aumente y en los líquidos disminuya. Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al flujo que los gases y, en consecuencia, tienen coeficientes de viscosidad mucho más altos. Los coeficientes de viscosidad de los gases aumentan con la temperatura, en tanto que los de la mayoría de líquidos, disminuyen. Asimismo se ha visto que los coeficientes de viscosidad de gases a presiones moderadas son esencialmente independientes de la presión, pero en el caso de los
Viscosidad. Conductividad térmica. Tensión superficial. Presión de vapor
5. BIBLIOGRFÍA
LEVINE, IRA. “Fisicoquímica, Volumen 1”.
Mc-Graw Hill, 5ta Edición, España 2004
CASTELLAN. “Fisicoquímica”. Ed. Educ ativa,
Bogotá 1990. REID, Robert C y SHERWOOD, Thomas K. propiedades de los gases y líquidos. Unión tipográfica editorial hispano-americana. México.1968. http://www.geocities.com/CollegePark/Library/6 086/presvapor.html Brennan. “Manual del ingeniero químico”
