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TABLA DE CONTENIDO 1. Resumen ........................................................................................ 2. ..................................................................................... 3. Principios .......................................................................... 4. ...

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TABLA DE CONTENIDO

Pág. 1. Resumen ........................................................................................ 2. Introducción ..................................................................................... 3. Principios teóricos .......................................................................... 4. Detalles experimentales .................................................................. 5. Tabulación de datos y resultados experimentales ........................... 6. Ejemplo de cálculos ......................................................................... 7. Análisis y discusión de resultados ................................................... 8. Conclusiones y recomendaciones .................................................... 9. Bibliografía......................................................................................... 10. Apéndice.............................................................................................

2. INTRODUCCIÓN

Se dice que a viscosidad es una medida del “espesor” de un líquido, mientras que la densidad es una medida de su peso. No cabe duda de que la viscosidad o “espesor” de un fluido afecta a su comportamiento frente a una determinada temperatura. Sin embargo, es un tema complejo ya que la viscosidad de los fluidos puede cambiar en función de las condiciones existentes, existen los fluidos como el agua, el aceite, el alcohol y los disolventes. Estos fluidos, denominados “fluidos newtonianos”, fluyen de la misma forma sin importar lo rápido que se muevan o con qué intensidad se los agite. La llamada “viscosidad cinemática” es una propiedad física real que influye sobre algunas aplicaciones, como por ejemplo en las bombas, por lo que es algo que es necesario conocer. La viscosidad es básicamente la resistencia al flujo, algo que afecta a las bombas en las industrias, si se tiene un fluido pegajoso y muy viscoso en las manos, se adherirá y costará mucho más quitarlo que si fuese un fluido poco viscoso. Eso mismo sucede en las bombas, en las que existen impulsores que se encargan de mover un fluido, si tiene que bombear fluidos que se adhieren a la superficie del impulsor, como aceite de motor, es un problema a tener en cuenta. Existen diferentes líquidos con distintas densidades (o masas por unidad de volumen, medidas en unidades como g/cm3 o kg/m3); asimismo, la densidad de un fluido puede variar con la temperatura.

3. PRINCIPIOS TEÓRICOS

VISCOSIDAD La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia

a

las

deformaciones

graduales

producidas por tensiones cortantes o tensiones de tracción. La viscosidad se corresponde con el concepto informal de "espesor". Por ejemplo, la miel tiene una viscosidad mucho mayor que el agua.La viscosidad es una propiedad física característica

de

todos

los

fluidos,

el

cual emerge de

las colisiones entre

las partículas del fluido que se mueven a diferentes velocidades, provocando una resistencia a su movimiento. El coeficiente de viscosidad se define como la fuerza por unidad de superficie, o sea, dinas por cm2, necesaria para mantener una diferencia unidad de velocidad, esto es, 1 cm. por seg., entre dos capas paralelas separados 1 cm. f =

ᶯ( du/dx )

Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. La viscosidad nula solamente aparece en superfluidos a temperaturas muy bajas. El resto de fluidos conocidos presentan algo de viscosidad. Sin embargo, el modelo de viscosidad nula es una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. MEDIDA DE LA VISCOSIDAD Los líquidos no son perfectamente fluidos sino viscosos, es decir, tienden a oponerse a su flujo cuando se les aplica una fuerza. La viscosidad viene determinada por la fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes. Con el viscosímetro se mide la viscosidad relativa del líquido respecto a la del agua, que se toma como unidad. La viscosidad relativa es directamente proporcional a la densidad del líquido y al tiempo que éste tarda en fluir por el orificio, e inversamente proporcional al tiempo que invierte en fluir el mismo volumen de agua. Como la temperatura influye mucho en el valor de la viscosidad, las medidas deben realizarse a la misma temperatura.

EFECTOS DEL CALOR

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. En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reducción de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura, por lo que son muy útiles como lubricantes cuando una máquina está sometida a grandes cambios de temperatura.

DENSIDAD

Su palabra proviene del latín (densĭtas, -ātis). La densidad es la cualidad de lo denso, o la acumulación de gran cantidad de elementos o individuos en un espacio determinado. En el campo de la demografía, se habla de densidad de población, la cual es el número de habitantes por el número de kilómetros cuadrados que posee un territorio o superficie. Esta densidad se utiliza para conocer el grado de concentración de la población. En ámbitos de ciencias, la densidad es una propiedad física característica de cualquier materia. Es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo (m/v); es decir, es la cantidad de materia (masa) que tiene un cuerpo en una unidad de volumen. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico, pero por razones prácticas se utiliza normalmente el gramo por centímetro cúbico.

Cada sustancia, en su estado natural, tiene una densidad característica. Por ejemplo, 1 litro de agua en estado líquido tiene una masa de 1 kilogramo: decimos que la densidad del agua es 1 kg/l.

4. DETALLES EXPERIMENTALES

4.1 Materiales y reactivos Materiales  Viscosémetro de Ostwald  Recipiente para baño de temperatura  Pipeta de 10 mL  Vaso soporte  Pinza  Bombilla de jebe  Picnómetro

Reactivos  Agua destilada  Etanol 20%, 50%, 80% 100% w/w

ETANOL 20 % W/W

4.2.Procedimiento experimental

4.2.1 Medición de la viscosidad de líquidos con el Viscosímetro de Ostwald - Lavamos el viscosímetro con detergente y enjugamos muy bien con agua destilada, y dejamos secar aproximadamente 20 minutos. - Se midió con la pipeta un cierto volumen que cubriera al menos los 2/3 del bulbo y nuestro volumen fue de 8mL. - Colocamos el viscosímetro en un baño de temperatura constante T1 y lo dejamos como 3 minutos para que adquiera la temperatura del baño. El baño debió cubrir ambos bulbos. - Con la pipeta hicimos subir el líquido hacia el bulbo B2. - Medimos el tiempo que se demoró en subir el líquido, en este caso el agua destilada, de la marca a, hacia la marca b.

- Realizamos todos los pasos al menos dos veces para dos temperaturas distintas, para este experimento a T° de 18° y 23°.

- Limpiamos nuevamente el viscosímetro y lo dejamos secar nuevamente en la estufa. - Realizamos todos estos pasos para diferente sustancias (trabajamos con etanol a 20%, 50%, 80% y 100% w/w).

4.2.2 Determinación de la densidad de soluciones mediante el método del picnómetro. - Lavamos el picnómetro con detergente, lo enjuagamos con agua destilada y lo dejamos secar por 15 minutos en la estufa.

- Lo llevamos a la balanza analítica a pesarlo, y este peso fue nuestro W1, tomamos nota. - Llenamos el picnómetro con agua destilada y lo sometimos a un baño constante a cierta temperatura T°1, después de 5 minutos retiramos el picnómetro del baño, lo secamos y nuevamente lo llevamos a pesar (W2). - Retiramos el agua del picnómetro, lo secamos en la estufa nuevamente, lo dejamos enfriar y lo volvemos a pesar (W3).

- Repetimos todo este mismo procedimiento para las soluciones de alcohol a temperaturas de 18° y 23°.

5. TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

TABLA N°1: Tabla de condiciones de laboratorio. Presión (mmHg) 756

Temperatura (°C) 23

%HR 94

TABLA N°2: Tabla de datos experimentales. -Para determinar la viscosidad (viscosímetro de Ostwald) Agua destilada Tiempo

18°C

(seg) t1 t2 t3

12,4 7 12,5 6 12,6 5

23°C 11,67 11,50 11,00

Etanol

Etanol 20%

Etanol 50%

Etanol 80%

18°C

23°C

18°C

23°C

18°C

23°C

18°C

23°C

27,0

23,8

37,6

31,1

31,8

26,9

22,0

18,9

0 27,2

0 22,7

7 38,4

8 31,9

2 32,5

8 27,5

0 22,3

8 18,2

0 27,2

7 23,9

3 37,8

1 31,2

4 31,8

0 27,7

0 21,4

6 18,7

5

0

9

1

5

1

2

0

Peso (gramos)

Agua destilada 18°C

23°C

W1

17,621

17,6207

W2

28,310

28,302

W3 17,614 -Para determinar la densidad (método del picnómetro).

100%

17,614

a) Del agua

Pesos

Etanol 20%

Etanol 50%

Etanol 80%

Etanol 100%

18°C

18°C

18°C

18°C

23°C

23°C

23°C

23°C

(gramos) W3

17,608

W4

27,985 27,982 27,458 27,465 26,846 26,847 26,227 26,560

17,612

17,613

17,615

b) De los etanoles

TABLA N°3: Datos experimentales y teóricos (ref: Libro Handbook de química págs. 976 y 2044) -Para la densidad

Densidad teórica (g/cm3) Densidad experimental (g/cm3)

Etanol 20% 18°C 23°C

Etanol 50% 18°C 23°C

Etanol 80% 18°C 23°C

Etanol 100% 18°C 23°C

0.9624

0.9672

0.91539

0.9114

0.8451

0.8408

0.7910

0.7867

0.9696

0.9684

0.9204

0.9201

0.8632

0.8623

0.8054

0.8355

-Para la viscosidad

Viscosidad teórica (cP) Viscosidad experimental (cP)

Etanol 20% 18°C 23°C

Etanol 50% 18°C 23°C

Etanol 80% 18°C 23°C

Etanol 100% 18°C 23°C

2.3190

1.9353

3.048

2.554

2.1034

1.834

1.2424

1.1311

2.1830

1.7330

2.4060

2.1850

2.2643

1.7571

1.4480

1.1189

TABLA N°4: Tabla de errores -Para la densidad Porcentaje de error densidad (%) Etanol 20%

Etanol 50%

Etanol 80%

Etanol 100%

T 18°C

0.74

0.55

2.14

1.82

T 23°C

0.12

0.95

2.56

6.20

-Para la viscosidad

Porcentaje de error viscosidad (%) Etanol 20%

Etanol 50%

Etanol 80%

Etanol 100%

T 18°C

5.860

4.659

7.6495

16.549

T 23°C

10.453

14.448

4.193

1.0790

TABLA N°5: Tabla para graficar log(n) vs 1/T Etanol 20%

Etanol 50%

Etanol 80%

Etanol 100%

1/T(K)

Log(n)

Log(n)

Log(n)

Log(n)

0.3436x10-2

0.3390

0.3813

0.3549

0.1618

0.3378x10-2

0.2388

0.3395

0.2448

0.04883

7. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS



La viscosidad del agua es menor que la viscosidad del etanol al 20%, lo que considerando densidades debería ser lo contrario, ya que a mayor densidad existe mayor resistencia a fluir una capa sobre otra, pero esto en la práctica no se cumplió, debido a que el etanol a 20% no es puro ya que se encuentra mezclado con agua, lo cual está formando enlaces de hidrógeno entre sus moléculas, que lo hace más resistente a desplazarse una capa sobre otra.



La densidad y viscosidad son inversamente proporcionales a la temperatura, esto se demostró experimentalmente en esta práctica de laboratorio, ya que al elevar la temperatura se le otorga energía a las moléculas, esto quiere decir que estas moléculas no están quietas; están en constante movimiento y

este

comportamiento de las moléculas es la que le otorga la propiedad física de la fluidez a los líquidos, en este caso a nuestras muestras de etanoles. 

Los porcentajes de errores elevados

que obtuvimos luego de realizar

nuestros cálculos, se deben a que las concentraciones de nuestras muestras del etanol no fueron corroborados iniciando nuestra práctica de laboratorio, o sea no sabemos con exactitud si realmente estaban, por ejemplo a 20% w/w; pero otro factor que también influyó en nuestro procedimiento fue de tratar de mantener constante la temperatura del baño a la que se sometieron las muestras, ya que si variaba la temperatura, hubiéramos encontrado otros datos experimentales, que al compararlos con los datos teóricos, hubiésemos obtenido porcentajes de error más aún más altos.

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.1-Conclusiones - Se verificó experimentalmente que la viscosidad tanto como la densidad son inversamente proporcionales a la temperatura, esto es por ejemplo, a mayor temperatura menor viscosidad. - La modificación de la temperatura influye en el comportamiento de los líquidos, altera sus propiedades físicas. - La densidad es una propiedad física que es característica de las sustancias puras y es considerada como una propiedad intensiva, ya que es independiente al tamaño de la muestra. - La densidad experimental hallada mediante el método del picnómetro se puede comprobar usando de manera directa, un densímetro.

8.2-Recomendaciones - Secar completamente el viscosímetro y el picnómetro en la estufa para así evitar posteriores errores durante los cálculos. - Asegurarnos de mantener la temperatura del baño (a la que se sometió cada muestra) constante ya que esta temperatura al ser comparada con los datos teóricos correspondientes, nos arrojará un margen de error experimental. - Evitar trabajar con temperaturas decimales, por ejemplo no es recomendable trabajar con 24,5°C ya que nos sería complicado encontrar esos valores teóricos.

9. BIBLIOGRAFÍA

 Maron S., Landó J., “Fisicoquímica Fundamental”, 1era ed., Ed. Limusa, México, 1978. Págs. 66-71.

 Atkins “Fisicoquímica”, tercera edición, Ed. Addison Wesley, México Págs. 721-723.

 Libro Handbook de química págs. 976 y 2044, edición 84ava.

10. APÉNDICE 10.1 Cuestionario

1. ¿Por qué es necesario conocer la viscosidad de una sustancia? Ejemplos. Porque gracias a esta propiedad física podemos clasificar a los líquidos de acuerdo a su viscosidad para su próxima aplicación. Por ejemplo tiene gran importancia en la industria de lubricantes La viscosidad es la propiedad física más importante de un lubricante. Independientemente de si usted está revisando la viscosidad de un aceite a 40° o 100°C, es la viscosidad a la temperatura de operación de la máquina la que en realidad importa comprender. La mayoría de las máquinas complejas en las industrias operan a temperaturas mayores que 40°C (104°F) en su núcleo. En este lugar es donde la temperatura debe ser analizada, para seleccionar la viscosidad correcta a utilizar en dicha aplicación. 2. Explique algunos métodos experimentales para estimar la viscosidad de una sustancia. 

Esta ley se aplica cuando un objeto de mueve en un fluído,

donde

existen

fuerzas

entre el fluido y el objeto

de

velocidad,

la esta

fuerza se denomina rozamiento.



No todos los fluidos

satisfacen esta ley, como por ejemplo la sangre, el petróleo y pinturas, ya que su viscosidad depende del gradiente de la velocidad. Su

fórmula

es:

Q=p1-p2R/L8n

3. Adjunte una publicación certificada indexada de los últimos 5 años

en

referencia al estudio realizado.

Texto original Propiedades Físicas del Jugo de Uchuva-Aguaymanto (Physalis peruviana) Clarificado en Función de la Concentración y la Temperatura Physical Properties of Clarified Cape Gooseberry (Physalis peruviana) Juice as a Function of Concentration and Temperature Gloria I. Giraldo, Cristian D. Cruz y Nancy R. Sanabria. Universidad Nacional de Colombia, (1) Departamento de Física y Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Manizales, Colombia. (2) Universidad Nacional de Colombia Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería y Arquitectura Resumen

Se estudió el efecto de la concentración (20 a 50 °Brix) y la temperatura (20 a 50 °C) sobre la densidad y viscosidad del jugo de uchuva (Physalis peruviana) clarificado, empleando un diseño aleatorio con arreglo de dos factores: temperatura con cinco niveles, concentración con siete niveles y tres repeticiones. También se determinó el punto de congelación del jugo de uchuva en función de la concentración. Los valores de densidad y viscosidad del jugo disminuyeron al aumentar temperatura y se incrementaron al aumentar la concentración de sólidos solubles. El efecto de la temperatura sobre la viscosidad del jugo a diferentes concentraciones fue descrito por una relación tipo Arrhenius, encontrándose una energía de activación de flujo en el rango de 7.02 a 17.62 kJ/mol. Los puntos de congelación del jugo se calcularon a partir

de las curvas de enfriamiento y los resultados se compararon con los estimados a partir de un modelo aplicable a jugos de frutas, con un error relativo promedio del 6.6%....