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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE ING. ELECTRONICA Y ELECTRICA FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA TEMA: VISCOSIDAD (EXPERIENCIA 4)

CURSO: PROFESOR:

LABORATORIO DE FISICA II MIGUEL CASTILLO

INTEGRANTES: NOMBRES CAHUIN MEDINA JOSEPH HUAPAYA CHUMPITAZ PABLO PEREZ NICHO CESAR MEZA CARBAJAL DAVID MONTALVO HIROYASU LUIS

CODIGO 10190059 10190074 10190254 10070205 10190226

2011 VISCOSIDAD EXPERIMENTO N° 4 I. OBJETIVO: Determinar en forma cuantitativa el coeficiente de viscosidad de un líquido en función de la viscosidad conocida de otro líquido. II. MATERIALES: • Soporte universal • Clamp • Pinza con agarradera • Viscosímetro de OSTWALD • Termómetro • Vaso de precipitados, 1 500 ml. • Probeta graduada de 10ml • Balanza digital • Cronometro • Picnómetro • Líquidos: agua, alcohol y ron

VASO DE PRECIPITADO

SOPORTE UNIVERSAL

PROBETA GRADUADA

TERMÓMETRO

BALANZA DE TRES BRAZOS

PIE DE REY

CRONÓMETRO

VISCOSÍMETRO

AGUA DESTILADA

ALCOHOL ETÍLICO

III. FUNDAMENTOS TEORICOS: La viscosidad es lo contrario de la fluidez, generalmente se define como resistencia al flujo. Los líquidos (y también los gases) pueden fluir, es decir desplazarse una porción respecto a otra. Las fuerzas de cohesión entre moléculas originan una resistencia interna a este desplazamiento relativo denominado viscosidad. Se llama viscosidad o frotamiento interno a la resistencia experimentada por una porción de un líquido cuado se desliza sobre otra como consecuencia del rozamiento molecular. El agua fluye más fácilmente que la melaza y esta con más facilidad que una pasta de caucho. Los aceites de motor están clasificados en una escala que corresponde a su viscosidad .Como la viscosidad normalmente aumenta cuando disminuye la temperatura tenemos que reemplazar el aceite para motor “pero de verano” (alta viscosidad) con uno de viscosidad mas baja para el tiempo frió.

En base al modelo cinético molecular. La viscosidad de los gases aumenta al aumentar la temperatura. La viscosidad de los líquidos disminuye al aumentar al temperatura. Las viscosidades de los líquidos se miden comúnmente con el viscosímetro de Ostwald, o para líquidos mas viscosos con el viscosímetro de esfera .La unidad de viscosidad es el poise (1g.cm-1.s –1), es el mas favorable para determinar la viscosidad de un liquido por comparación con otro liquido

cuya

viscosidad

ya

es

conocida

y

en

condiciones

experimentales idénticas VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS

¿POR QUÉ LA MIEL NO FLUYE DE MANERA TAN RÁPIDA COMO LO HACEN EL AGUA, EL ACEITE, LA SANGRE, ETC? ES DEBIDO A SU VISCOSIDAD, PROPIEDAD DEL FLUIDO POR LA CUAL SE MANIFIESTA QUE TAN INTENSA ES LA OPOSICION A FLUIR CUANDO SE LE APLICA UNA FUERZA.

La viscosidad de un liquido puede ser determinado su velocidad de flujo a través de un bulbo capilar. Para el volumen (V) de un líquido que fluye a través de un tubo capilar de radio r, longitud L, en un tiempo t, bajo una diferencia de presión P; su viscosidad η es expresada mediante la ecuación de Poiseuille:

η=

π Pr 4 t 8 LV

La unidad de viscosidad en el SI es el N.s/m2 = Pa.s.: Una unidad antigua, pero de uso común es la dina/cm2, llamada poise en honor a Poiseuille. Estas unidades están relacionadas por 1 Pa.s = 10 poise

El gasto Q de un líquido o la viscosidad de volumen de flujo esta dado de la siguiente manera: Q=

V π ( P2 − P1 ) R 4 = t 8ηL

Donde V es el volumen del líquido de viscosidad “η” escurriéndose a través de un tubo capilar de longitud de longitud “L” de radio “R” bajo la diferencia de presión (P2 – P1) en el tiempo “t”. Despejando “η” se tiene:

π Pr 4 t η= 8 LV

Consideramos dos líquidos de volúmenes iguales y observamos los tiempos t1 , t2 que empleados en atravesar una sección transversal del mismo tubo y recordemos que (P2 – P1) es proporcional a la densidad ρ del liquido, se puede establecer que :

η1 ρ (t ± ∆t1 ) = 1 1 η 2 ρ 2 (t 2 ± ∆t 2 )

Las cantidades t1 y t2 se miden más adecuadamente con un viscosímetro de Ostwald. Una cantidad definida de liquido se introduce en el viscosímetro sumergido en un termostato y luego se hace pasar por succión al bulbo B hasta que el nivel del liquido este sobre una marca a. Se deja escurrir el liquido el tiempo necesario para que su nivel descienda hasta una marca b y se mide con un cronometro. El viscosímetro se limpia, luego se añade el líquido de referencia y se repite la operación. Con este procedimiento se obtienen t1 y t2 y la viscosidad del líquido se calcula con la ecuación anterior. Donde: → η1: es la viscosidad del líquido desconocido. → η2: es la viscosidad del líquido conocido. → ρ1, ρ2: son las densidades respectivas.

→ t1, t2: son los tiempos respectivos. → Δt1, Δt2: son los errores absolutos de los tiempos respectivos.

La dependencia entre la viscosidad y la temperatura para el liquido, está dad por la relación,

Lnη = LnA +

E RT

Despejando η,

η = Ae E / RT

Donde: → E: es la energía de activación para el flujo → A: es una constante → R: es la constante universal de los gases

→ T: es la temperatura (en escala absoluta)

IV. EXPERIMENTO MONTAJE Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental la Figura 2

PROCEDIMIENTO

1. Determine las densidades del agua destilada, alcohol y ron.

Use el picnómetro ( o la probeta de 10ml ) y la balanza digital

Ρagua = 0.95 g/ml

Ρalcohol = 0.90 g/ml

Ρagua = 0.90 g/ml

2. Vierta agua destilada en el viscosímetro hasta que llene el

bulbo C ( figura 2 ) 3. Insufle aire por la rama ancha hasta que la superficie del

liquido por la otra rama delgada supere la señal A. Cubra la rama ancha con un dedo; evitara asi que el liquido descienda por gravedad. 4. Atención

todo el grupo : destape la rama y con el

cronometro tomen el tiempo que tarda el liquido en pasar por el menisco, desde la señal A hasta la señal B. Anote los valores en la Tabla 1. Para determinar la viscosidad η del liquido desconocido, repita cinco veces los pasos del 2 a 4. 5.

Reemplace los valores en la ecuación (3) y evalúe la viscosidad desconocida. ηAgua Destilada (T=20OC)=1.005

6.

Caliente agua en baño María a la temperatura de 50 oC (utilice el vaso de precipitado grande casi lleno con agua), y repita los pasos anteriores. Anote los valores en la tabla 1

Nota: Apague el mechero antes de sobrepasar la temperatura indicada ηAgua Destilada (T=50OC)= 0.0008134 =

=0.0008134

TABLA 1 T1=25

T2= 50 oC

Agua

t1(s)

t2(s)

1

3.47

3.12

2

3.37

3.00

3

3.20

3.00

4

3.37

3.00

5

3.25

3.06

Δt

0.15

0.088

Legenda: T=Temperatura(oC), t=tiempo(s), Δt=error absoluto en la medida de t. PARA TEMPERATURA 25 oC tprom=3.33 σ=

Ea=

Δt=

σ=0.096

Ea=0.14

Ei=0.05

Δt=0.15 PARA TEMPERATURA 50 oC Tprom=3.04 σ=0.048

Ea=0.072

Ei=0.05

Δt=0.088 PARA REFORZAR Repita los pasos anteriores utilizando alcohol y ron. A T1=26.6

T2=50

T1=26.6

T2=50

lcocol

t1(s)

t2(s)

Ron

t1(s)

t2(s)

1

5.56

4.47

1

4.00

3.47

2

5.87

4.41

2

3.93

3.34

3

5.59

4.50

3

3.97

3.53

4

5.88

4.47

4

4.18

3.62

5

5.75

4.47

5

4.10

3.50

Δt

0.201

0.067

Δt

0.104

0.14

PARA RON TEMPERATURA 50 oC Tprom=4.46 σ=0.030

Ea=0.045

Ei=0.05

Δt=0.067 PARA ALCOHOL TEMPERATURA 50 oC Tprom=3.49 σ=0.091

Ea=0.1365

Ei=0.05

Δt=0.14 Alcohol

(T=50OC)= =

ron

=0.0009695

(T=50OC)= =

TABLA

DE

=0.0007546

VISCOSIDAD

DEL

AGUA

A

DIFERENTES

TEMPERATURAS Temper Viscosid atura

ad

°C

dinámica kg

/

Temper

Viscosidad

Tempera

Viscosid

atura

dinámica

tura

ad

°C

dinámica

°C kg / (m·s)

kg

/

(m·s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 0.000749

0,001792 0,001731 0,001674 0,001620 0,001569 0,001520 0,001473 0,001429 0,001386 0,001346 0,001308 0,001271 0,001236 0,001202 0,001170 0,001139 0,001109 0,001081 0,001054 0,001028 0,001003 0,000979 0,000955 0,000933 0,000911 0,000891 0,000871 0,000852 0,000833 0,000815 0,000798 0,000781 0,000765

(m·s) 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

0,000734 0,000720 0,000705 0,000692 0,000678 0,000666 0,000653 0,000641 0,000629 0,000618 0,000607 0,000596 0,000586 0,000576 0,000566 0,000556 0,000547 0,000538 0,000529 0,000521 0,000512 0,000504 0,000496 0,000489 0,000481 0,000474 0,000467 0,000460 0,000453 0,000447 0,000440 0,000434 0,000428 67 0.000422

68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

0,000416 0,000410 0,000404 0,000399 0,000394 0,000388 0,000383 0,000378 0,000373 0,000369 0,000364 0,000359 0,000355 0,000351 0,000346 0,000342 0,000338 0,000334 0,000330 0,000326 0,000322 0,000319 0,000315 0,000311 0,000308 0,000304 0,000301 0,000298 0,000295 0,000291 0,000288 0,000285 0,000282

EVALUACIÓN RESPUESTA 1 *Determinación del coeficiente de viscosidad del agua:

*Determinación del coeficiente de viscosidad del alcohol: La gravedad específica tiene un valor adimensional, este cálculo es el mismo para las temperatura de 30 y 40 °C.

Para determinación la densidad del etanol se dice que guarda una relación con la densidad del agua respecto a la gravedad específica calculada, entonces:

Y para una temperatura de 20 °C el agua tiene una densidad de

0.99819

entonces decimos:

DETERMINACIÖN DE LA

DEL ETANOL 100% A 20 °C:

Aplicando la formula de la viscosidad se puede obtener la viscosidad de la muestra: Sabemos que:

Reemplazando los valores en la ecuación a 20 °C obtenemos la viscosidad del etanol:

Las discrepancias se debieron a los siguientes motivos: •

El método del picnómetro es un método muy exacto, además con ayuda de una balanza analítica los valores de los pesos son más exactos y se puede determinar la densidad muy próxima a la teórica para así poder hallar las viscosidades a diferentes temperaturas.

•

La misma concentración de la solución, nos genero resultados diferentes

de

viscosidad

ya

que

presentaba

un

peso

molecular bajo (20% en peso) y luego un peso molecular de etanol un poco alto (60% en peso). Esto hizo que la viscosidad

varíe en ciertas proporciones con respecto a la muestra pura (100%). •

El porcentaje de error tiene mucho que ver con los tiempos hallados con el viscosímetro de Ostwald y la determinación de la densidad de la sustancia pura a una temperatura de 20°C, ya que estos valores luego son utilizados para determinar las viscosidades de las sustancias

RESPUESTA 2

Debido a la dependencia de la viscosidad de los líquidos a la temperatura y tomando en cuenta que en época de verano hay un incremento considerable del calor (temperatura ambiental), se recomendaría el uso de un lubricante (aceite) más viscoso para q no se adelgace (agüe) al punto de no proteger las piezas en contacto en el interior del vehículo.

RESPUESTA 3

Con ayuda de esta ecuación se puede determinar la densidad de una solución teniendo en cuenta que el porcentaje del alcohol es del 50% y del agua destilada también del 50%:

Aplicamos la formula con los datos obtenidos y nuestro resultado es:

Una vez

calculado la densidad se procede con

el mismo

procedimiento con el que obtuvimos la viscosidad del etanol al 100%, obtener la viscosidad del etanol al 60%.

Etanol al 20%: Realizamos los mismos pasos del problema anterior:

RESPUESTA 4

Algunos métodos para determinar la viscosidad de los líquidos son los siguientes:

• El método de la bola que cae, consiste en determinar el tiempo que tarda una esfera de peso y tamaño conocido en caer a lo largo de una columna de diámetro y longitud conocida del liquido en cuestión. • Con el viscosímetro de Ostwald, que consiste en medir el tiempo que tarda en fluir un volumen conocido de liquido a través de un capilar de longitud y radio conocido. •

La ley de Stokes, que es aplicable a la caída de cuerpos esféricos en todos los tipos de fluido siempre que el radio r del cuerpo que cae sea grande en comparación con la distancia entre moléculas.