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DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD BENITEZ PEREZ, Dennis Jhulenny; IZQUIERDO VARGAS, Diego Camilo; LAGUADO ORTEGA, Diana Karina. . Universidad de Pamplona, Facultad de Ingenierías y Arquitectura, Programa de Ingeniería Química RESUMEN En este laboratorio virtual se determinó de manera experimental la viscosidad de tres líquidos orgánicos (Agua, tolueno, nitrobenceno) a través del viscosímetro de Ostwald, el cual permite obtener mediciones más precisas, encontrando que el nitrobenceno presenta una mayor viscosidad en comparación de los otros dos fluidos, confirmando así que a mayor peso molecular mayor viscosidad, y aquellos líquidos con viscosidades bajas fluyen fácilmente por tanto registran un menor tiempo y cuando la viscosidad es elevada el líquido no fluye con mucha facilidad . Además de resaltar la importancia de esta magnitud en el diseño de conductos para fluidos, acueductos, oleoductos, en las fábricas para el bombeo y traslado de los materiales que se procesan. PALABRAS CLAVE: Viscosímetro, agua, etanol, nitrobenceno, fluido, medición, viscosidad. ABSTRACT In this virtual laboratory, the viscosity of three organic liquids (Water, toluene, nitrobenzene) was experimentally determined through the Ostwald viscometer, which allows obtaining more precise measurements, finding that nitrobenzene has a higher viscosity compared to the others. two fluids, thus confirming that the higher the molecular weight, the higher the viscosity, and those liquids with low viscosities flow easily, therefore they register a shorter time and when the viscosity is high the liquid does not flow very easily. In addition to highlighting the importance of this magnitude in the design of conduits for fluids, aqueducts, oil pipelines, in factories for pumping and transferring the materials that are processed. AEYWORDS: Viscometer, wáter, ethanol, nitrobenzene, fluid, measurement, viscosity.

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INTRODUCCIÓN Viscosidad. Es lo opuesto de fluidez; puede definirse de modo simplificado, como la mayor o menor resistencia que ofrece un líquido para fluir libremente. Todos los líquidos poseen algo de viscosidad. En términos generales la viscosidad de un líquido es independiente de su densidad o gravedad específica, pero si depende de la temperatura a que se encuentre, siendo inversamente proporcional a esta. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad. De ahí que los fluidos de alta viscosidad presentan resistencia al fluir, mientras que los de baja viscosidad fluyen con más facilidad. [1]

si el sistema está en reposo no hay oposición al movimiento en este caso la superficie del líquido permanecerá plana y en reposo oponiéndose a la única fuerza que actúa sobre el mismo, la gravedad. [1]

Imagen 1 (Esquema representativo de la viscosidad)

Líquidos no newtonianos Viscosidad en fluidos En los fluidos las capas se distribuyen de la forma que muestra el esquema unas sobre las otras y las que están en contacto directo o más próximas a la fuerza que provoca el movimiento se desplazarán más rápido que las restantes, la velocidad irá disminuyendo de forma paulatina, marcada por el pequeño rozamiento que existe entre ellas, o sea, la viscosidad. Si tomamos un recipiente y lo llenamos de agua aplicando una fuerza tangencial en su superficie las capas superficiales se moverán más rápido y este moviendo ira disminuyendo a medida que nos alejamos del lugar donde se aplique la fuerza. [1] La viscosidad solo es posible apreciarla en fluidos, o sea, en presencia de movimiento,

Muchos líquidos simples se clasifican como newtonianos, lo que significa que su viscosidad es independiente de la cantidad de cizallamiento aplicado. Ejemplos de ello serían el agua y los hidrocarburos simples. Conforme la complejidad del líquido aumenta, por ejemplo, mediante la inclusión de burbujas, gotas, partículas o polímeros, los líquidos pueden asumir un comportamiento más complejo y mostrar una respuesta no newtoniana, en la que la viscosidad depende de la cantidad de cizallamiento aplicado. Estos tipos de líquidos son generalmente llamados líquidos estructurados o líquidos complejos y su comportamiento puede describirse mejor usando un reómetro, ya que este puede medir una gama más amplia de viscosidades en un rango más amplio de

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tasas de cizallamiento, tensión de cizallamiento y temperatura, que un simple viscómetro. [2] Este tipo de comportamiento no newtoniano es común a muchos productos industriales y comerciales, incluidos la pasta de dientes, la mayonesa, las pinturas, los cosméticos y los cementos, que por lo general son líquidos con adelgazamiento de cizalla, en los que la viscosidad disminuye con el aumento de la tasa de cizallamiento, aunque, en algunos líquidos muy estructurados puede darse un [2] engrosamiento de cizalla. Factores que afectan la viscosidad. • La temperatura: Con el aumento de la temperatura, los líquidos disminuyen su viscosidad dinámica. Por su parte, los gases aumentan su viscosidad dinámica con el aumento de aquella. [3] • La presión: No afecta la viscosidad dinámica de los fluidos, aunque, cuando la presión adquiere valores muy altos, incide en ella, pero insignificantemente. La viscosidad cinemática de los gases sí se ve afectada por la presión. [3] Ecuaciones de la viscosidad. La ecuación de Poiseuille para el coeficiente de viscosidad de líquidos es: [4]

Ecuación 1(ecuación de Poiseuille)

Donde V es el volumen del líquido de viscosidad que fluye en el tiempo t a

través de un tubo capilar de radio r y la longitud L bajo una presión de P dinas por centímetro cuadrado. Se mide el tiempo de flujo de los líquidos, y puesto que las presiones son proporcionales a las densidades de los líquidos, se puede escribir como: [4]

Ecuación 2 (Relación densidad, viscosidad y tiempo)

Las cantidades t1 y t2 se miden más adecuadamente con un viscosímetro de Ostwald. Una cantidad definida de líquido se introduce en el viscosímetro sumergido en un termostato y luego se hace pasar por succión al bulbo B hasta que el nivel del líquido este sobre una marca a. Se deja escurrir el líquido 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. [4] PARTE EXPERIMENTAL 

Materiales y métodos

Para la práctica se utilizaron los siguientes materiales: Viscosímetro de Ostwald; Cubilete; Lavar botella; Cronómetro; Ventosa; Pipeta; Balance electrónico; Pistola de aire caliente y los siguientes reactivos: Ácido crómico; Acetona; Tolueno; Nitrobenceno y agua

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(proporcionados por el simulador VALUE@amrita).  Procedimiento Se realizó el montaje descrito en las guías de laboratorio empleando un viscosímetro de Ostwald y un soporte universal, se le agrego 18ml de tolueno al viscosímetro, con la pipeta llevarla al punto de inicio o punto c, antes de retirar la pipeta, tener preparado el cronometro, al momento de retirar se oprime iniciar y oprimir para cuando el fluido haya terminado o llegado al punto D, tomar nota de resultados y repetir 3 veces el proceso, luego repetir el procedimiento anterior para el nitrobenceno. ANÁLISIS Y RESULTADOS La realización del procedimiento nos permite obtener los tiempos en segundos en que tarda el líquido (tolueno, nitrobenceno, agua) en desplazarse por el viscosímetro de Ostwald, dicho lo anterior los datos tomados se encuentran en la siguiente tabla.

liquido de referencia a 30°c y teniendo en cuenta que la viscosidad de esta es 0.8007 cP. La fórmula utilizada para determinar la viscosidad en el viscosímetro fue: mt∗ηr η= m r∗t r Ecuación 3 (ecuación de viscosidad) [5]

η tolueno=0.6839 cP

η Nitrobenceno=1.6979 cP De lo cual se puede concluir que la viscosidad del nitrobenceno es mayor al igual que su tiempo de medición de desplazamiento en el viscosímetro, siendo proporcional la viscosidad y el tiempo. CONCLUSIONES Se pudo concluir que los reactivos o fluidos con viscosidad absoluta baja son más propensos a fluir con más facilidad, es resistencia y cuando la viscosidad es alta el líquido no fluye igual. Las viscosidades absolutas de los fluidos se pueden calcular a partir de densidades que se calculan para cada temperatura gracias a la teoría y viscosímetro de Ostwald.

La medición de viscosidad para los líquidos se realizó mediante la calibración del viscosímetro usando el agua como

Se pudo concluir que el estado del fluido o reactivo cambia a partir de la temperatura intentado ser un poco más manejable en su ambiente como el nitro benceno que llego

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a dar una diferencia de viscosidad absoluta de 1,014 centipoise con el tolueno. BIBLIOGRAFÍA. 1. Anonimo,VISCOSIDAD,tomado de

: https://www.ecured.cu/Viscosidad Consultado (01-10-2020) 2. Viscosidad, Malvern,

panaliytical,tomado de: https://www.malvernpanalytical.com/es /products/measurement-type/viscosity Consultado (01-10-2020)

3. Alvarado, Slideshare, Mecánica

fluidos, tomado de: https://es.slideshare.net/alexanderalvara d/informe-de-viscosidad-mecnica-defluidos. Consultado (01-10-2020) 4. Peña Pintado,Viscosidad,monografías,

tomado de: https://m.monografias.com/trabajos33/v iscosidad/viscosidad.shtml Consultado (01-10-2020) 5. ecuación 3: http://vlab.amrita.edu/?

sub=3&brch=190&sim=339&cnt=1

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ANEXOS PREGUNTAS DEL SELF EVALUATION Y ASSIGNMENT 1.) Los liquidos con masa moleculares altas tienen viscosidad  Mayor  Menor  Igual  Cero

2.) “Al determinar la viscosidad de un líquido con la ayuda de un viscosímetro, el líquido fue succionado con gran dificultad. El líquido pudo ser:”  Glicerina  Etanol  Agua  Acetona

3.) el fluido tiene un caudal de 10,1 ml por segundo. El fluido B tiene un caudal de 11,3 ml por segundo. Comparado con el fluido A, el fluido B tiene:  Ninguna de las anteriores  Mayor viscosidad  Igual viscosidad  Menor viscosidad

4.) la unidad de coeficiente en el sistema CGS es:  cm³ / mol  Equilibrio  Kg mˉ¹sˉ¹  Dinas / cm

5.) En general, la viscosidad de un líquido con aumento de temperatura  Disminuye  Aumenta  Independiente de la temperatura  Igual

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ASIGNACIONES

1.

 En un experimento con un viscosímetro Ostwald, los tiempos de flujo de agua y etanol son 80 s 175 s 20 ° C. La densidad del agua = 0,998 g / cm³ y la del etanol 0,790 g / cm³. La viscosidad del agua a 20 ° C es 0.01008 poise. Calcule la viscosidad del etanol. Agua Ƞ1= 0.01008 poise Tiempo (t1)= 80s d=0.998 g /cm3

Etanol Ƞ2= Tiempo (t2)= 175s d=0.790 g /cm3

ƞ1 p1t1 = ƞ2 p2t2 g ∗80 s 0.01008 poise cm3 = ƞ2 g 0.790 ∗175 s cm3 0.998

ƞ 2=0.01746 poise−→Viscosidad del metanol

2.

Se realizó un experimento que midió el caudal de cuatro líquidos diferentes a medida que aumentaba la temperatura. Según el gráfico, ¿cuál de los líquidos tuvo la mayor viscosidad a una temperatura de 30 ° C?

Caudales de diferentes líquidos a) Líquido A b) Líquido B c) Líquido C d) Líquido D  3.

¿La fórmula dimensional del coeficiente de viscosidad es?

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¿Cómo cambia la viscosidad de un líquido con la temperatura?

4.

La relación de la viscosidad con la temperatura es inversamente proporcional, es decir que si la una aumenta la otra disminuirá. 5. En

un experimento con un viscosímetro de Ostwald, la viscosidad del tolueno y el agua a 30 o C es 0.579 y 0.8007 poise. Los tiempos de flujo de agua y tolueno son 41 s y 34.5 s. La densidad del agua es de 1,002 g / cm³. Calcula la densidad del tolueno. η 1 ρ 1∗t 1 = η 2 ρ 2∗t 2 g 1.002 ∗( 34.5 s )∗( 0.579 p) ( cm ) ρ 1∗t 1∗η 2 ρ 2= = =0.6096 3

η1∗t 2

( 0.8007 p )∗( 41 s)

g cm3

t 1=tiempo del agua ρ 1= presión del agua η 1=viscosidad del agua t 2=tiempo del tolueno ρ 2= presión del tolueno η 2=viscosidad del tolueno

Tabla n°1 Sustancia química Tolueno

Fórmula C7H8

Pictograma de seguridad F, Xn (ver img, 2)

Tipo de reactivo

Codificación N.F.P. A.

Ácido

Img. 1 codificación

6

Frases R y S R11, R38, R48\20 S63, S65, R67 S1/2, S26, S45, S61 (ver frases R y S)

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Nitrobencen o

C₆H₅NO₂

T, N (ver img, 2)

Ácido

Img. 1 codificación

6

R: 23/24/25-40-4823/24-51/53-62 S: (1/2-)28-36/37-4561 (ver frases R y S)

Figura 1, Autores

Imagen 2, Pictogramas 5 FRASES R R 11 Fácilmente inflamable. R 38 Irrita la piel. R 48/20 Nocivo: riesgo de efectos graves para la salud en caso de exposición prolongada por inhalación. R 63 Posible riesgo durante el embarazo de efectos adversos para el feto. R 65 Nocivo: si se ingiere puede causar daño pulmonar. R 67 La inhalación de vapores puede provocar somnolencia y vértigo. R23/24/25 Tóxico por inhalación, por ingestión y en contacto con la piel. R23/24 Tóxico por inhalación y en contacto con la piel. R40 Posibles efectos cancerígenos. R51/53 Tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático. R62 Posible riesgo de perjudicar la fertilidad.

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FRASES S S 1/2: Consérvese bajo llave y manténgase fuera del alcance de los niños. S 26: En caso de contacto con los ojos, lávense inmediata y abundantemente con agua y acúdase a un médico. S 45: En caso de accidente o malestar, acúdase inmediatamente al médico (si es posible, muéstresele la etiqueta). S 61: Evítese su liberación al medio ambiente. S1/2 Consérvese bajo llave y manténgase fuera del alcance de los niños. S28 En caso de contacto con la piel, lávese inmediata y abundantemente con agua. (Productos a especificar por el fabricante). S36/37 Úsense indumentaria y guantes de protección adecuados. S45 En caso de accidente o malestar, acúdase inmediatamente al médico (si es posible, muéstrele la etiqueta). S61 Evítese su liberación al medio ambiente. Recábense instrucciones específicas de la ficha de datos de seguridad.