Determinacion DE LA Viscosidad de LÍquidos PDF

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Determinacio de la vizcocidad de diferentes muestras liquidas...

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Practica # 1 DETERMINACION DE LA VISCOSIDADDE LÍQUIDO POR EL METODO DE OSTWALD 1. Introducción A nivel molecular los líquidos poseen cierto grado de estructura u orden. Esta palabra tiene un significado diferente en líquidos que en sólidos. En los líquidos, las moléculas se están moviendo constantemente de un punto a otro por lo tanto, se habla en ellos de un orden de corto alcance. Un fluido puede diferenciarse de un sólido por su comportamiento cuando se somete a un esfuerzo o fuerza aplicada. Un sólido elástico se deforma en una magnitud proporcional al esfuerzo aplicado. Sin embargo, cuando un fluido se somete a un esfuerzo aplicado continúa deformándose, es decir, fluye a una velocidad que aumenta con el esfuerzo creciente. Un fluido exhibe resistencia a ese esfuerzo. La viscosidad es la propiedad de un fluido que se oponen al movimiento relativo de capas adyacentes en el fluido. Estas fuerzas viscosas se deben a las fuerzas de atracción que existen entre las moléculas del fluido, de forma que mientras mayores sean las fuerzas intermoleculares, mayor será la viscosidad y menor la movilidad del líquido. Un fluido es Newtoniano cuando la fuerza por unidad de área (T) entre dos planos paralelos del líquido en movimiento relativo es proporcional al gradiente de velocidad (dμ/dx )

entre los planos, es decir:

T =n ( dμ/dx) Donde: n = coeficiente de viscosidad. Esto se cumple para líquidos puros y algunas soluciones y dispersiones. Para otras soluciones y dispersiones, especialmente si son concentradas y/o las partículas son asimétricas, se observan desviaciones de este comportamiento y se dice de ellas que son fluidos no Newtonianos. El vidrio y los polímeros fundidos son muy viscosos porque sus grandes moléculas se enredan. El agua es más viscosa que el benceno, pues sus

moléculas se enlazan con más fuerza y dificultan el flujo. La viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura, pues las partículas se mueven con mayor energía y pueden escapar con más facilidad de sus vecinas. El cambio de una molécula de una posición a otra implica la ruptura de enlaces de Van Der Waals débiles. La proporción de moléculas con energía suficiente para moverse sigue una distribución de Boltzman. Eso sugiere que la capacidad del líquido para fluir debe comportarse según la siguiente relación: −ΔE

fluidez ∝ e

RT

E es la energía que debe superar y es similar a la energía de enlace intermolecular. Ya que la viscosidad es la inversa de la fluidez: ΔE

vis cos idad ∝ e

RT

Los líquidos obedecen esta forma exponencial en un intervalo limitado de temperatura. Las unidades de viscosidad en el sistema cgs son g/cm. s, llamadas poise o centipoise (cp). En el sistema SI, la viscosidad se expresa en Pa.s (pascales*seg o newton. s/m2 o Kg/m. s). 2. Objetivos 2.1 Objetivo General Verificar cual de los productos es de mayor calidad (mayor viscosidad) 2.2 Objetivo Especifico:  Determinar la viscosidad a diferentes presiones  Determinar la viscosidad a diferentes temperaturas  Determinar la viscosidad a diferentes concentraciones 3. Fundamento * Ecuación de la Densidad.

ρ=

m [¿] g 3 V cm

ρ = Densidad de las muestras

m= masa de (peso de la probeta con muestra - peso de la probeta tarada) V = Volumen de la muestra Esta ecuación nos sirve para calcular las densidades de cada uno de las muestras a diferente temperatura , concentración y presión. * Ecuación de la Viscosidad. η1=η H2

O∗ρ 1∗t 1 ρ H 2 O ∗t H 2O

η1

= viscosidad de la muestra

ηH2O

= viscosidad del agua

ρ1

= densidad de la muestra

t1

= tiempo que tarda la muestra

ρ H 2 O = densidad del agua tH 2O

= tiempo que tarda el agua

Esta ecuación nos permite calcular las viscosidades de cada uno de las muestras 4. Descripción del Experimento 4.1 Esquema

4.2 Material o equipo  Viscosímetro de Ostwald  Probeta de 1000ml , 500ml y 10ml  Vaso de precipitado de 1000ml,100,ml y 250ml  Pipetas de 10ml  Hornilla  Termómetro  Balanza eléctrica  Cronometro  Termocupla 4.3 Reactivos  Agua  Chiqui Choc  chicolac 5. Procedimiento Experimental 1) Primero se toma una muestra de agua ionizada en un vaso precipitado de 1000ml, se procede a tomar su temperatura con la termocupla luego se toma una pequeña muestra en la pipeta y esta muestra se lo introduce en el viscosímetro. 2) Una vez introducida se debe absorber el líquido hasta que llegue al segundo bulbo, se tapa el hueco por el cual se absorbe esto para que el líquido no descienda, en el momento de destapar se mide el tiempo que tarda en descender el líquido hasta la línea que separa el primer bulbo del segundo. 3) El agua que resta en el vaso de precipitado se lo hace calentar cinco veces en una hornilla esto con el fin de obtener cinco temperaturas diferentes, luego se sigue el 1°y 2° paso. Se hace esto con el fin de demostrar que a mayor temperatura menor será la viscosidad. 4) Segunda muestra que es chiqui choc se procede siguiendo el 1°,2°y 3° paso. 5) Tercera muestra que es chicolac: para esto se necesitan 5 vasos de precipitado de 100ml a uno de los vasos se introduce cualquier cantidad de muestra pura, al segundo vaso se introduce 20ml de muestra + 80ml de agua, al tercer vaso 40ml de muestra + 60ml de agua, al cuarto vaso 60ml de muestra + 40ml de agua y al quinto vaso 80ml de muestra + 20ml de agua como vemos que son de diferente concentración se procede siguiendo el 1°,2°y 3° paso. Y de esta forma sacar sus densidades, viscosidades.

DETERMINACION DE LA VISCOSIDADDE LÍQUIDO POR EL METODO DE MARCH

6. Introducción La práctica de viscosidad es una práctica muy importante en el sentido industrial debido a que esta se fundamenta mucho en leyes físicas y químicas que nos permite entender porque tal compuesto es más espeso que otro, o porque un compuesto es utilizado como lubricante, etc. El saber que tan viscoso es una solución nos permite saber por ejemplo su peso molecular, es decir podemos determinar el peso molecular de una solución desconocida gracias al método de viscosidad. El poder estudiar la viscosidad de una sustancia nos ayuda a concluir cuanto varía con respecto a la temperatura, si es más viscoso o menos viscoso, etc. El conocimiento de la viscosidad de un líquido nos ayuda en el área de mecánica de fluidos ya que podemos saber qué tipo de líquido es importante y porque usarlo en tal máquina para que esta funcione en optimas condiciones. O porque usar tal lubricante para carro a tal temperatura y porque no usar otro. O tal vez en las bebidas como las cervezas, ya que la viscosidad influye mucho en el gusto de la persona, etc. En fin el conocimiento de la viscosidad trae consigo muchas conclusiones que pueden llevar al éxito de una empresa. 7. Objetivos 7.1 Objetivo General Verificar que petróleo tiene la viscosidad más alta (mejor calidad) 7.2 Objetivo Especifico:  Determinar la viscosidad del petróleo de campo víbora  Determinar la viscosidad del petróleo súper ligero 8. Fundamento * Ecuación de la Densidad.

ρ=

m [¿] g 3 V cm

ρ = Densidad de las muestras m= masa de (peso de la probeta con muestra - peso de la probeta tarada) V = Volumen de la muestra (petróleo)

* Ecuación de la Viscosidad. η1 petroleo=η

H2

O∗ ρ1 petroleo∗t 1petroleo ρ H2O∗t H 2O

η1 ηH2O ρ1 t1

= viscosidad de la muestra (petróleo) = viscosidad del agua = densidad de la muestra (petróleo) = tiempo que tarda la muestra (petróleo)

ρ H 2 O = densidad del agua t H 2O

= tiempo que tarda el agua

4 Descripción del Experimento 4.1 Esquema

4.2 Material o equipo  Probeta de 10ml  Vaso de precipitado de 1000ml  Termómetro  Balanza eléctrica  Cronometro  Embudo de March  Soporte Universal  Pinzas 4.3 Reactivos  Agua  Petróleo Súper Ligero (Chaco)  Petróleo Campo víbora

5 Procedimiento Experimental 1) Primero se procede al armado del equipo que consta de un soporte universal en el cual están las pinzas y está sujeta el embudo de March . 2) Se mide agua en un vaso de precipitado la cantidad de 946 ml y esta se vacía al embudo de March el cual debe estar tapado la parte inferior y una vez vaciado todo el liquido se destapa la parte inferior del embudo. Y al tiempo de destapar se procede a medir el tiempo con un cronometro hasta que se vacié todo el líquido y en ese momento parar el tiempo del cronometro. 3) Se procede de la misma forma con el petróleo súper ligero y también con el petróleo de campo víbora. 4) Una vez realizado las tres mediciones, en pequeñas probetas ya taradas se introduce una pequeña cantidad de cada sustancia en diferentes probetas y estas se vuelve a pesar y así poder determinar la densidad de cada uno, y con este dato obtener sus viscosidades 6. CÁLCULOS.1ª Parte.- Determinación de la viscosidad con el viscosímetro de Ostwald Teniendo la m y V (datos tomados en el laboratorio) calculamos la densidad utilizando la formula (1) (1) ρ 1=

m1 V1

ρ 1=

g 7 ,18 g =0 , 9836 ml 7 ,30 ml

ρi=

mi Vi

Se sigue el mismo procedimiento para las tablas 1, 3 y 4:

Tabla 1: Determinación de densidades - Agua

Nº 1 2 3 4 5

T (ºC) 16 28 35 37 38

m (g) 7,18 9,81 6,84 6,81 7,19

V (ml) 7,30 10,00 7,00 7,00 7,40

ρexp. (g/ml) 0,9836 0,9810 0,9771 0,9728 0,9716

Tabla 2: Comparación de Densidades de las Muestras Muestras 1: chiqui choc 2: chicolac

T (ºC) 17

ρ (g/ml) 1.0792 1.0418

Tabla 3: Determinación de densidades – Muestra 1 – Variando la Temperatura Nº 1 2 3 4

T (ºC) 23 26 34 38

m (g) 7,48 4,89 9,22 7,1

V (ml) 7,1 4,7 8,9 6,9

ρ (g/ml) 1,0535 1,0404 1,0360 1,0290

Tabla 4: Determinación de densidades - Muestra 1 – Variando la Concentración

Nº

V

T (ºC)

1 2 3 4 5

100 80 60 40 20

18

m (g) 8,76 9,74 7,33 6,18 7,57

V (ml) 8,40 9,40 7,20 6,20 7,60

ρ (g/ml) 1,0428 1,0362 1,0180 0,9968 0,9960

Datos de tiempo, (para esto se utilizó el viscosímetro de ostwald) para el agua y la muestra – corresponden a Tablas 1, 2 y 3 Tabla 5a: Agua Tabla Muestra 1t –(s) Variando la Nº 5c: T (ºC) Concentración Nº 19 V T 0.190 (ºC) t (s) 1 2 1 3 2 4 3 5 4

22 100 26 80 30 60 37 40

5

20

0.180 18 0.170 0.157 0.149

0,500 0.490 0.330 0.220 0.200

Tabla 5b: Muestra 1 – Variando la Temperatura Nº

T (ºC)

t (s)

1

24

0.545

 Para tener 2 25 0.500 todos los 3 27 0.445 datos de 4 32 0.350 tiempo y 5 35 0.292 densidad a la misma temperatura interpolamos (a las temperaturas de la tabla 5b).

Para el Agua – Tabla 1 ρ a una T = 24ºC: – Tabla 1 16

0,9836

24

x

28

0,9810

(24 - 16) / (x - 0,9836) = (28 - 16) / (0,9810 - 0,9836) →

12x - 11,8032 = - 0,0208 x = 0,9818 g/ml

t a una T = 24ºC: – Tabla 5a 22

0,18

24

x

26

0,17

(24 - 22) / (x - 0,18) = (26 - 22) / (0,17 - 0,18)

→

4x – 0,72 = - 0,02 x = 0,175 s

 

Se sigue el de la misma manera para los demás datos. Luego con ese dato leemos la densidad y viscosidad teóricos del agua (ya tabulados en tablas, para lo cual también hay que interpolar si es necesario).

Tabla 6: Agua Nº

1 2 3 4 5

T (ºC) 16 18 24 25 27 32 35

t (s)

ρexp. (g/ml) 0.9836 0.9832 0,9836 0,9810 0,9771 0,9728 0,9716

0.1950 0.1930 0.1900 0.1800 0.1700 0.1570 0.1490

ρ(tablas) (g/ml) 0,9999 0,9996 0,9969 0,9962 0,9949 0,9940 0,9935

Tabla 7: Muestra 1 – Variando la Temperatura Nº

T (ºC)

ρ (g/ml)

t (s)

1

24

1.0491

0.5450

2

25

1.0448

0.5000

3

27

1.0398

0.4450

4

32

1.0370

0.3500

5

35

1.0341

0.2920

Tabla 8: Muestra 1 – Variando la Concentración Nº

V

1

100

2

80

3

60

T (ºC)

18

ρ (g/ml)

t (s)

1.0428

0.5000

1.0362

0.4900

1.0180

0.3300

(tablas) (m2/s) 1.2154 E-6 1.0560 E-6 0.9330 E-6 0.8977E-6 0.8586 E-6 0.7686 E-6 0.7245 E-6

4

40

0.9968

0.2200

5

20

0.9960

0.2000



Ahora que ya tenemos los todos los datos que necesitamos, procedemos a reemplazar en la formula (2) (2) ❑i =❑H

2O

ρi ×t i ρH O ×t H 2

❑1 =❑H

ρH O ×t H

g ×0 , 545 s ml m ∙ ❑1 = 0 , 9330 E−6 s g 0 , 9818 × 0 ,175 s ml ❑1 = 3 ,1048 E−6

1 , 0491

m2 s

Tabla 9: Muestra 1 – Variando la Temperatura Nº

T (ºC)

ρ (g/ml)

1

24

1.0491

 (m2/s) (exp.) 3.1048 E-6

2

25

1.0448

2.7776 E-6

3

27

1.0398

2.4250 E-6

4

32

1.0370

1.8414 E-6

5

35

1.0341

1.4876 E-6

Tabla 10: Muestra 1 – Variando la Concentración Nº 1

V 100

T (ºC)

ρ (g/ml)

18

1.0428

O

ρ1 ×t 1 2O

2

2

2

 (m2/s) (exp.) 2.9016 E-6

2

O

2

80

1.0362

2.8256 E-6

3

60

1.0180

1.8695 E-6

4

40

0.9968

1.2204 E-6

5

20

0.9960

1.1094 E-6

Tabla 11: Determinación del error – Densidad del Agua Nº

T (ºC)

ρ(tablas) (g/ml)

ρ(exp.) (g/ml)

e (%)

eprom. (%)

1 2 3 4 5

24 25 27 32 35

0,9969 0,9962 0,9949 0,994 0,9935

0,9818 0,9816 0,981 0,9774 0,9739

1,51 1,46 1,40 1,67 1,97

1,60

2ª Parte.- Determinación de la viscosidad con el embudo de Marsh

Tabla 12: Petróleo: - Campo Víbora y del Chaco

Agua de grifo Campo Víbora Chaco

T (ºC)

ρ (g/ml)

16

0.9882

21

0.8104

23

0.7820

Graficas.Para el agua desionizada

t (s)

ρexp.agua (g/ml)

tagua (s)

(tablas)agua (m2/s)

 (m2/s) (exp.)

23,65 0

0,9836

0,1950

1.2154 E-6

1,4810 E-6

0,9825

0,183

0,9776 E-6

1,4363 E-4

0,9821

0,178

0,9373 E-6

1,0890 E-4

32,65 0 25,90 0

Para la muestra1 (chiqui choc)

7. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.Viscosímetro de Ostwald Determinamos densidades con la m y el V. La densidad experimental del agua ρ(exp)agua, (que es la única que podemos encontrar ya tabuladas en tablas-teórica), varía con la teórica en 1,60 %. Este porcentaje de error refleja los errores q se cometieron al medir la temperatura y el volumen (datos en las tablas 1,3 y4), ya q el orden en que mediamos la T y el V no era el mismo (primero tomábamos T y luego V; pero también en otra toma de datos invertíamos este orden. De acuerdo con la densidad que calculamos de las dos muestras de producto: chiqui choc y chicolac, podemos concluir que el primero (chiqui choc=1.0792g/ml)es de mejor calidad ya que es más denso que el chicolac(=1.0418g/ml), para comparar estos datos ambos deben estar a la misma temperatura. Al calcular las viscosidades las del agua (tablas) y de la muestra (cálculos basados en la ley de poiseville) vemos que al aumentar la T, la viscosidad del fluido disminuye al igual que la densidad de dicho fluido. Mientras que al aumentar la concentración, la viscosidad es mayor.

Embudo de Marsh Para el embudo de Marsh también calculamos densidades ya que utilizamos la misma fórmula para calcular la viscosidad que en el primer método. Comparamos 2 petróleos de lugares diferentes, con el agua de grifo, el resultado es que, la viscosidad del agua de grifo es mayor que la viscosidad del petróleo de campo víbora y ésta es mayor que la viscosidad del petróleo del chaco: agua de grifo > pet.C.Víbora > pet.Chaco En la práctica tomamos el valor de la viscosidad cinemática () como si fuese igual a la dinámica o absoluta ( o ). La viscosidad cinemática se obtiene del cociente de la viscosidad absoluta entre la densidad; es decir:  = ( o ) / . En ambos casos error en la toma de tiempo es el que más se cometió ya que dependía más del tiempo de reacción de cada estudiante que medía estos datos. Analizando nuestras tablas de datos, resultados y gráficas, podemos observar que la densidad y la viscosidad son inversamente proporcionales a la Temperatura, y directamente proporcionales a la concentración. CONCLUSIONES.Con los datos tomados en la práctica y los cálculos respectivos su pudo determinar la viscosidad de la muestra y la del petróleo por métodos diferentes; el viscosímetro de Ostwald y el embudo de Marsh, respectivamente. Además la del agua de grifo y la des ionizada (con ayuda de tablas). Tanto la viscosidad como la densidad son factores que nos indican la calidad de un producto así que es una propiedad muy usada para determinar la calidad de un producto en comparación con otro. 9. BIBLIOGRAFÍA.   

Maron S., Lando J, "Fisicoquímica Fundamental", 2da ed, Ed. Limusa, México, 1987, pag 70 – 75. Crockford H., Navell J., "Manual de Laboratorio de Química Física", 1ra ed, Ed. Alambra, Madrid, 1961, pag 70 – 73. Glasstone S. "Tratado de química física", 7ma ed, Ed. Aguilar, España, 1979, pag 449 – 452. Pons Muzzo G., "Fisicoquímica", 5ta edición, Ed. Universo SA, Lima, 1981.

 

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