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FQA1

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA EAP INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE FISICOQUIMICA PRACTICA: Nº4 VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS PROFESOR: José Manuel Churata Chávez ALUMNOS/ CÓDIGO: -EGOAVIL CONDOR ROCIO ROSALYN -VASQUEZ CHARQUI VALERI NICOLE

15070111 15070144

FECHA DE REALIZACION: 22 de setiembre del 2016 FECHA DE ENTREGA: Lima-Perú 2016-I

29 de setiembre de 2016

VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS

INDICE 1. Resumen…………………………………………...3 2. Introducción………………………………………. 4 3. Principios teóricos………………………................5 4. Detalles experimentales……………………………8 5. Tabulación de datos y resultados experimentales….10 6. Ejemplos de cálculos ………………………………13 7. Análisis y discusión de resultados………………….16 8. Conclusiones y recomendaciones…………………..17 9. Bibliografía………………………………………….18 10. Anexos …………………………………………….19

1. RESUMEN:

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VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS 2. INTRODUCCIÓN: En esta práctica determinamos la viscosidad de la glicerina y la viscosidad es una propiedad de los fluidos que es de gran importancia en múltiples procesos industriales, además de ser una variable de gran influencia en las mediciones de flujo de fluidos, el valor de viscosidad se usa como punto de referencia en la formulación de nuevos productos, facilitando la reproducción de la consistencia de un lote a otro. Para dicha determinación empleamos el viscosímetro de Stormer que es un dispositivo rotatorio empleado para determinar la viscosidad de las pinturas, es muy usado en las industrias de elaboración de pintura. El método se aplica a pinturas tanto de cepillo como de rollo. También determinamos la densidad de la glicerina y la densidad La densidad es una importante característica física de la materia. Todos los objetos tienen una densidad que puede aumentar o disminuir como resultado de las acciones que recaen sobre el objeto. Los efectos de la densidad son importantes para el funcionamiento del universo y de nuestra vida cotidiana.

3. PRINCIPIOS TEÓRICOS: 3.1 VISCOSIDAD:

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VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS Los líquidos a diferencia de los sólidos tienen la capacidad de poder fluir, es decir, si se pone en movimiento a un líquido, éste al moverse trata de permanecer todo junto, y es precisamente atribuido su virtud de ser viscosos. La Viscosidad es la resistencia que tienen las moléculas que conforman un líquido para separarse unas de otras, es decir, es la oposición de un fluido a deformarse y esta oposición es debida a las fuerzas de adherencia que tienen unas moléculas de un líquido o fluido con respecto a las otras moléculas del mismo líquido. 3.1.1. Viscosidad absoluta o dinámica Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de distancia, cuando el espacio que los separa esta lleno con un fluido y uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también denominado viscosidad dinámica; coeficiente de viscosidad 3.1.2. Viscosidad cinemática Es la razón de viscosidad a densidad de masa. En el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo (m2/s). 3.2 MEDICION DE LA VISCOSIDAD: 3.2.1. VISCOSIMETRO DE STORMER: El viscosímetro de Stormer consiste en un cilindro que puede girar en el interior de un recipiente de la misma forma. Mediante un sistema de pesos y poleas de muy baja fricción, se ejerce una torca constante sobre el cilindro interior, que lo hace girar a una velocidad angular constante a partir de la cual se puede determinar la viscosidad del líquido. La viscosidad absoluta del líquido es inversamente proporcional a la velocidad angular con la que gira el cilindro interior.

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Para la medición: n=Km (t−a )

Donde: • n

: viscosidad absoluta expresada en centiposises

• K

: factor constante del instrumento

• m

:masa impulsadora en g

• t

:tiempo en segundos, para 100 revoluciones

• a

:factor de tiempo para la corrección mecánica del aparato

Al trazar una gráfica de n/m vs t, se determinan las constantes “K “y “a” del aparato 3.3 DENSIDAD 3.3.1. Densidad absoluta: La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es expresada en g/cm³. La densidad es una magnitud intensiva.

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3.3.2. La densidad relativa: Es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades) Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³ 3.3.3. Determinación de la densidad de líquidos: El método más exacto para determinar las densidades de líquidos y sólidos es el picnómetro, el cual consiste en pesar el mismo volumen de muestra y líquido de referencia (generalmente agua).Empleamos la fórmula: T W 4−W 3 ρT T T ( ρ ) ref ¿= = o ρ =¿T 4 W 2−W 1 ρref ( ρ )ref

Donde: T



¿T



W 1 ,W 3



W4

……………………………………masa (g) de la muestra



W2

……………………………………masa(g) del líquido de referencia



( ρT )agua ………………………..densidad del agua a la temperatura T



( ρ4 )agua ………………………… densidad del agua a la temperatura de 4 ºC

…………………gravedad específica a la temperatura T …………………………..masa (g) del picnómetro vacío

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4. DETALLES EXPERIMENTALES Materiales         

Viscosímetro de Stormer (ASTM-D-856, tomo 29) con pesas de 25 a 500 g. Vaso de 250 ml. Termómetro. Cronometro. Picnómetro. Cocinilla eléctrica. Vaso de 100 ml. Cocinilla eléctrica. Balanza.

Picnómetro



Viscosímetro de Stormer

Reactivos

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VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS   

Muestra patrón de glicerina. Solución problema de glicerina. Agua des ionizada.

 PROCEDIMIENTO A) MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS CON EL VISCOSÍMETRO DE STORMER. a) comprobamos que el viscosímetro se encuentre en una posición horizontal fija sobre una mesa o estante. b) llenamos en el vaso (seco) aproximadamente 200 ml de la muestra patrón de glicerina y lo llevamos a 25°C, colocamos el vaso en el soporte del equipo y la fijamos a una altura de forma que la muestra llegue a las hélices del viscosímetro y que no roce las paredes ni la base del vaso. c) colocamos las pesas necesarias en la porta pesas, para obtener las revoluciones n un tiempo determinado, en este caso 100 g (incluyendo el peso de la porta pesas). d) con el cronometro en la mano, liberamos el freno y simultáneamente observamos el movimiento del puntero del cronometro de revoluciones y medimos el tiempo necesario para 100 revoluciones. Repetimos este procedimiento 3 veces más, con el fin de tener un promedio de 4 tiempos. e) repetimos c) y d) para otros tres juegos de pesas equivalentes a 125g, 150g y 175g. f) Repetimos b), c) y d) para la solución problema. B) DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA GLICERINA MEDIANTE EL MÉTODO DEL PICNÓMETRO. a) Lavamos el picnómetro con detergente, enjuagar con agua destilada y secar en la estufa. b) Dejamos enfriar el picnómetro y pesamos (W1). c) Llenamos el picnómetro con agua desionizada y lo sumergimos en un baño de agua a 25°C (teniendo cuidado de llenarlo completamente hasta el capilar) durante 5 minutos, sacamos el picnómetro del baño de agua, lo secamos exteriormente y pesamos (W2).

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VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS d) Retiramos el agua del picnómetro, secamos en la estufa, dejamos enfriar y pesamos (W3). e) Repetimos c) usando glicerina en lugar de agua (W4).

5. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES TABLAS DE DATOS EXPERIMENTALES: CONDICIONES EXPERIMENTALES DEL LABORATORIO TABLA Nº 1: Temperatura (°C) 21

Presión (mmHg) 756

Humedad Relativa (%) 95

DATOS EXPERIMENTALES MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD: -Glicerina patrón TABLA N º2: Masa (g) 100 125 150 175

Tiempo(s) 25.8625 22.4325 19.8250 18.5450

Temperatura (ºC) 25

-Glicerina muestra problema: TABLA Nº3 Masa (g) 100 125 150 175

Tiempo(s) 20.5375 17.5350 15.5500 12.6075

Temperatura (ºC) 25

DENSIDAD DE LA GLICERINA TABLA Nº4 Pesos

Masa (g)

W₁ Picnómetro vacío W₂ Picnómetro +agua

17.6548 27.7975

Temperatura (ºC)

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VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS W₃ Picnómetro vacío W₄ Picnómetro+glicerina

17.6549 30.0631

TABLAS DE DATOS TEORICOS: Medición de viscosidad de glicerina: Tabla N°5 Viscosidad de la glicerina (CP) 1500 Anexo 2 Medición de densidad de glicerina: Tabla N°6 Densidad de la glicerina Densidad del agua a 4ºC Densidad del agua a 25ºC Anexo 3

1.261 g/ml 1 g/ml 0.99713 g/ml

TABLAS DE CALCULOS: Tabla N°7: Para medición de la viscosidad de la glicerina con el método analítico GLICERINA (T=25ºC)

I 1 2 3 4

VISCOSIDAD (N)= 1500 CP T (TIEMPO MASA PROMEDIO (G) ) N/M T .( N/M) 25,8625 100 15 387.9375 22,4325 125 12 269.19 19,825 150 10 198.25 18,1545 175 8,5714 158.957

∑❑

T2 668.8689 503.2171 393.031 343.917

550

86.6650

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45.5714

1014.3345 1909.034

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TABLAS DE RESULTADOS Y % DE ERROR: Tabla N°8: TEMPERATURA (T) :25ºC Glicerina Método analítico Viscosidad(n)

1042.1043 Método

Densidad ( ρ )

1.2199 g/ml

grafico 1053.7571

TABLA Nº9 Medición de densidad de la glicerina PORCENTAJE DE ERROR 3.26 %

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6. EJEMPLOS DE CÁLCULOS:

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7. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS:



Análisis:

Se obtuvo un error porcentual del 3.26% en la densidad de la glicerina eso nos quiere decir que tenemos un error en exceso. 

Discusión de resultados:

El porcentaje de error obtenido experimentalmente se debe a: -Los pesos del picnómetro vacío (W₁ y W ₃) no fueron iguales y deberían ser lo mismo .lo que significa que absorbió cierta humedad y eso genero error en la pesada. -el picnómetro no estaba totalmente seco al momento de pesarlo luego del baño de agua y eso genera un error en la pesada.

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8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

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9. BIBLIOGRAFIA: 

TABLAS QUIMICAS para laboratorio e industria /W HELBING, A. BURKART

 

(pág. 246) https://es.wikipedia.org/wiki/Viscos%C3%ADmetro https://es.wikipedia.org/wiki/Densidad

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10. APÉNDICE: Anexo 1 .CUESTIONARIO: 1.- ¿Cómo se calcula la viscosidad de líquidos usando monogramas? dar un ejemplo. El Monograma representa simultáneamente el conjunto de las ecuaciones que definen determinado problema y el rango total de sus soluciones. Al ser un nomograma la representación gráfica de una ecuación de varias variables, ha de constar de tantos elementos gráficos como variables tenga la ecuación. Estos elementos serán puntos o líneas, rectas o curvas, según los casos. Dados los valores de todas las variables menos una, el de esta última puede encontrarse por medio de algún recurso geométrico inmediato (que generalmente es el trazado de otra línea que pasa por ese punto). Por tanto, el nomograma de una ecuación de dos variables (y = f(x)), como el caso de la viscosidad (n/m=f (t )) ,tendrá dos elementos gráficos, normalmente dos rectas graduadas, o escalas, dispuestas de tal modo que la determinación del valor de una de las variables (fijación de un punto de la línea) especifique el valor de la otra, la desconocida o función. El nomograma de una ecuación de tres variables (z = f(x, y)) constará normalmente de tres escalas y así sucesivamente. El arte de la nomografía consiste precisamente en elaborar dichas escalas y disponerlas en el plano de tal manera que el trazado de líneas rectas que las atraviesen determine los puntos colineales existentes en cada una de las escalas, puntos que representarán los distintos valores relacionados por la función en cada caso concreto. EJEMPLO : ANEXO 4 2.- En la formación de soluciones, como varia la viscosidad.

La concentración de una solución es directamente proporcional con su viscosidad. Cuando la solución del líquido problema sea más diluida, la viscosidad de este líquido será menor.

3.- indique otros métodos experimentales para la determinación de la viscosidad de líquidos, dando una breve explicación.

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VISCOSÍMETRO DEL TUBO CAPILAR En la figura 1 se muestra dos recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño, conocido como tubo capilar. Conforme el fluido fluye a través del tubo con una velocidad constante, el sistema pierde algo de energía ocasionando una caída de presión que puede ser medida utilizando un manómetro. La magnitud de la caída de presión está relacionada con la viscosidad del fluido mediante la siguiente ecuación. n=

( p1− p 2) D 2 32 vL

En donde D, es el diámetro interior del tubo, v es la velocidad del fluido y L es la longitud del tubo entre los puntos 1 y 2 vistos en la figura 3 en donde se mide la presión.

Figura 1

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VISCOSÍMETROS DE OSTWALD Se utilizan para medir la viscosidad de líquidos transparentes y opacos. Al preparar la prueba de viscosidad, el tubo del viscosímetro se carga con una cantidad específica de fluido de prueba. Después de estabilizar la temperatura de prueba, se aplica una succión para hacer pasar el fluido por el bulbo, ligeramente por arriba de la marca superior del tiempo. Se suspende la succión y se permite que el fluido circule por gravedad. La sección de trabajo de tubo es la capilar por debajo de la marca inferior del tiempo. Se registra el tiempo requerido para que el borde superior del menisco pase de la marca superior del tiempo a la inferior. Como la velocidad de flujo es proporcional a fuerza /resistencia, los tiempos de escurrimiento (t1 y t2) para igual volumen de dos líquidos están en relación inversa, es decir: n1 ρ1 t 1 = n2 ρ2 t 2

Donde

ρ es la densidad de un líquido .Esta expresión da las viscosidades relativas de

los líquidos; si se conoce la viscosidad absoluta de uno de ellos, puede calcularse la del otro.

Figura 2

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VISCOSÍMETRO SAYBOLT El viscosímetro Saybolt consiste esencialmente de un tubo cilíndrico de bronce en cuyo fondo está un orificio de dimensiones específicas. El tubo de bronce es rodeado por un baño a temperatura constante. Cuando la muestra en el tubo alcanza la temperatura de la prueba, se mide el tiempo requerido para que 60ml del líquido pasen a través del orificio. La muestra se recoge en un frasco estándar calibrado. La unidad de medida es el tiempo en segundos requeridos para que 60 ml de un fluido fluyan a través del orificio a una temperatura dada. Esto es reportado como segundos Saybolt universal (sus).

Figura 3

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VISCOSÍMETRO DE HOPPLER

Un Viscosímetro Höppler de Caída de Bola Tipo C (figura 4) mide de manera muy precisa la viscosidad de fluidos no Newtonianos transparentes y puede emplearse en el rango de temperaturas de -20 a 120ºC. Las determinaciones con este viscosímetro se basan en la medida del tiempo que tarda una bola en recorrer el espacio entre dos marcas extremas señaladas en el viscosímetro. Un viscosímetro tipo Höppler puede verse en la figura adjunta. El aparato contiene, como elemento fundamental, un tubo de vidrio de paredes gruesas que lleva marcadas dos señales anulares en las proximidades de sus extremos y que a su vez está inserto en otro tubo mucho más ancho destinado a alojar agua circulante como medio termostático. El conjunto se encuentra dispuesto en posición ligeramente inclinada en un soporte análogo al de un microscopio y puede ser girado 180º alrededor de un eje perpendicular a ambos tubos. El viscosímetro de Höppler es muy preciso y se emplea con frecuencia en la industria química (disoluciones de polímeros, disolventes, tintas) en la industria farmacéutica (excipientes, glicerina) y en la industria de la alimentación (gelatinas, disoluciones de azúcar), así como entre los fabricantes de aceites minerales.

Figura 4

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Anexo 2

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