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Viscosidad De Liquidos


Enviado por   •  22 de Octubre de 2014  •  3.020 Palabras (13 Páginas)  •  639 Visitas

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I. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

1.1.1. Determinación de la viscosidad de líquidos por el método del flujo capilar.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1.2.1. Determinación de la energía de flujo y la entropía de flujo a partir de las mediciones de la viscosidad a diferentes temperaturas.

II. TEORIA

2.1. VISCOSIDAD:

Los gases y los líquidos tienen una propiedad conocida como la viscosidad, la cual se puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un líquido, resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia. La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del movimiento de una capa de fluido con respecto a otro y es completamente distinta de la atracción molecular. Se puede considerar como causada por la fricción interna de las moléculas y se presenta tanto en gases ideales como en líquidos y gases reales.

2.2. VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS:

Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al flujo que los gases y, en consecuencia, tienen coeficientes de viscosidad mucho más altos. Los coeficientes de viscosidad de los gases aumentan con la temperatura, en tanto que los de la mayoría de líquidos, disminuyen. Asimismo se ha visto que los coeficientes de viscosidad de gases a presiones moderadas son esencialmente independientes de la presión, pero en el caso de los líquidos el aumento en la presión produce un incremento de viscosidad. Estas diferencias en el comportamiento de gases y líquidos provienen de que en los líquidos el factor dominante para determinar la viscosidad en la interacción molecular y no la transferencia de impulso.

La mayoría de los métodos empleados para la medición de la viscosidad de los líquidos se basa en las ecuaciones de Poiseuille o de Stokes. La ecuación de Poiseuille para el coeficiente de viscosidad de líquidos es:

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:

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.

2.3. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA:

El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de u liquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas; mientras en este ultimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, las viscosidades de los líquidos disminuyen invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Se han propuesto numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad y temperatura como por ejemplo:

donde A y B son constantes para el liquido dado; se deduce que el diagrama de log( ) frente a 1/T seta una línea recta. Se pensó en otro tiempo que la variación de la fluidez con la temperatura resultaría mas fundamental que la del coeficiente de viscosidad; pero el uso de una expresión exponencial hace que la opción carezca de importancia.

2.4. DENSIDAD:

Se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. La densidad de un cuerpo esta relacionado con su flotabilidad, una sustancia flotara sobre otra si su densidad es menor.

La gravedad especifica o densidad relativa esta definida como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4 °C. Se representa la gravedad especifica (Ge) y también se puede calcular utilizando cualquier relación de peso de la sustancia a peso del agua.

2.5. PICNOMETRO:

Es un aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancia. También se conoce como frasco de densidades. Consiste en un pequeño frasco de vidrio de cuello estrecho cerrado con un tapón esmerilado, hueco y que termina por su parte superior en un tubo capilar con graduaciones.

III. MATERIALES Y REACTIVOS

3.1. EQUIPOS Y MATERIALES

 Viscosímetro de Oswald

 Cronometro

 Pipeta de 10 ml graduada

 Termostato

 Tubo de goma y bombilla

 Soportes y pinzas.

3.2. REACTIVOS

 Glicerina

 Tolueno

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

V. CALCULOS Y RESULTADOS

5.1. TOLEUNO

Nº TºC Masa del picometro vacío (g) M.(pic+tolueno

(g) Viscosidad H20 (cp) Vml  tolueno(seg)  H20(seg)  H20 (g/ml)

1 25 30.922 73.00814 0.895 50 4.166 3.86 0.9971

2 30 30.922 73.90385 0.8007 50 3.80 3.66 0.99567

3 35 30.922 73.62080 0.7225 50 3.40 3.40 0.994061

Nº TºK 1/T(ºK)  tolueno (g/ml)  tolueno Ln() / Ln(/) S

1 298.15 3.35x10-3 0.8417 0.8154 -0.2 0.968 -0.033 2.777

2 303.15 3.298x10-3 0.8596 0.7178 -0.33 0.835 -0.18 2.73

3 308.15 3.25x10-3 0.8539 0.6206 -0.48 0.727 -0.32 2.687

5.1.1. Calculamos la densidad:

5.1.2. Calculamos la viscosidad

5.1.3. Hallar E y A para el Tolueno

E= Energía de flujo

A= constante

• b=LnA

• Hallamos la pendiente de la recta para encontrar E

5.1.4. Hallamos la entalpia de flujo

5.1.5. Hallamos la variación de la entropía

5.2. GLICERINA

Nº TºC Masa del picometro vacío (g) M.(pic+glicerina

(g) Viscosidad H20 (cp) Vml  glicerina(seg)  H20(seg)  H20 (g/ml)

1 25 30.922 92.2418 0.895 50 4.166 3.86 0.9971

2 30 30.922 92.2108 0.8007 50 3.80 3.66 0.99567

3 35 30.922 91.9615 0.7225 50 3.40 3.40 0.994061

NNº TºK 1/T(ºK)  glicerina (g/ml)  glicerina Ln() / Ln(/) S

1 298.15 3.35x10-3 1.226 51.35 3.94 41.88 3.73 -1.282

2 303.15 3.298x10-3 1.225 37.02 3.61 30.22 3.41 -1.26

3 308.15 3.25x10-3 1.221 25.25 3.23 20.68 3.03 -1.24

5.2.1. Calculamos la densidad:

5.2.2. Calculamos la viscosidad

5.2.3. Hallar E y A para el Tolueno

Donde

E= Energía de flujo

A= constante

• b=LnA

• Hallamos la pendiente de la recta para encontrar E

5.2.4. Hallamos la entalpia de flujo

5.2.5. Hallamos la variación de la entropía

VI. CUESTIONARIO

6.1. Demuestre a partir de la ecuación mecánica de los fluidos que la relación de las viscosidades de dos líquidos está dada por la expresión:

Dónde:

Viscosidades

Densidades de los dos líquidos

Intervalos de tiempo que tardan los dos líquidos para fluir entre las dos mareas del viscosímetro de Ostwald.

Solución:

Viscosidad

Gradiente de la velocidad

Viscosidad

: Área

Ley de Hasen Poiseuille

Ley que permite determinar la viscosidad de un líquido incomprensible y uniformemente viscoso y viene dado por la demostración

Esa fuerza es debido a la viscosidad. Las fuerzas que actúan sobre el centro de masa del fluido es0:

Sea:

:viscosidad

R: Radio dek tubo “L”

V: volumen en una longitude “L”

T: tiempo

: Caida de presión

Viscosimetro de oswald

Como :

Entonces

6.2. ¿De qué depende la viscosidad de un líquido?

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales (o de arrastre), es el rozamiento interno entre las capas de fluido. A causa de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obligar a una capa de fluido a deslizar sobre otra.

Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.

La viscosidad de los fluidos es la responsable de la disipación de energía en forma de calor en el flujo de los mismos.

Entre las unidades de viscosidad encontramos el Poise y el Stokes

Son dos las causas que originan esa viscosidad:

1º) las fuerzas de cohesión existentes entre las moléculas.

2º) el intercambio de cantidad de movimiento debido a la transferencia de moléculas de unos puntos a otros dentro de la vena fluida.

De acuerdo con estos dos factores, pueden explicarse las variaciones de la viscosidad con la temperatura para los

líquidos y los gases.

En los líquidos, la viscosidad es sensible a la temperatura y disminuye al aumentar ésta. Eso se debe a que predomina la disminución de la causa sobre el aumento de la . Así, por ejemplo, la viscosidad del agua a 0 ºC es 1,75 cP y a 100 ºC es de 0,28 cP.

6.3. Efectuar una gráfica de la viscosidad en función de la temperatura para varios líquidos representativos.

6.4. ¿Cómo explica la fluidez de un líquido?

La fluidez de un líquido tiene su origen en la movilidad de las partículas que lo constituyen. Es una característica de los líquidos o gases que les confiere la habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por más pequeño que sea, siempre que esté a un mismo o inferior nivel del recipiente en el que se encuentre (el liquido y el gas), a diferencia del restante estado de agregación conocido como solido. Fluidez es el opuesto de viscosidad, ambas se relacionan con la temperatura y la presión. A mayor temperatura más fluidez tiene un liquido y menos un gas

6.5. Discuta el significado de los datos de viscosidad dados en el cuadro siguiente:

Liquido Densidad Viscosidad

o-xileno 0.880 0.876

m-xileno 0.864 0.650

p-xileno 0.861 0.700

Es muy fácil separar el ortoxileno de los demás xilenos por ser el más pesado de mayor punto de ebullición, perolos puntos de ebullición del meta y el paraxileno son tan próximos que es imposible separarlos por destilación. Afortunadamente si presentan diferencias en sus puntos de congelación por lo cual es esta propiedad la que se utiliza para la separación del paraxileno del metaxileno. El proceso se denomina cristalización y toma lugar a temperaturas sub-cero. De estos procesos se obtiene el paraxileno de alta pureza materia prima básica para la producción de poliesters.

En conclusión en el cuadro de la separata se observa que la viscosidad ya no depende de la temperatura, ya que esta se mantiene constante, es decir a medida que la viscosidad aumenta, la densidad se incrementa.

6.6. Proyecte un método mediante el cual podría medirse la viscosidad de un gas. Se observa con los líquidos que normalmente el coeficiente térmico de la viscosidad es negativo ( es decir que la viscosidad desciende

Medida de la viscosidad de un gas mediante un tubo capilar

La ley de Poiseuille para los gases

Supongamos un tubo capilar de radio r y longitud L por el cual fluye un gas cuando la diferencia de presión en sus extremos es p-p0

La ley de Poiseuille que hemos deducido para un fluido viscoso incomprensible, afirma que el gasto G=dV/dt (volumen de fluido que atraviesa la sección normal del capilar en la unidad de tiempo) es directamente proporcional al gradiente de presión a lo largo del tubo, es decir al cociente (p-p0)/L.

Ahora bien, para un gas que fluye a través del tubo capilar, el volumen de gas que entra en la unidad de tiempo a una presión p no es igual al volumen que sale del tubo a la presión p0 (atmosférica) debido a la comprensibilidad de los gases. Sin embargo, la masa de gas que entra en la unidad de tiempo es igual a la masa de gas que sale en la unidad de tiempo.

Escribimos la ley de Poiseuille de la forma

dV/dt es el volumen de gas que atraviesa la sección normal del tubo capilar situada a una distancia x del extremo del tubo, en la unidad de tiempo. dp/dx es el gradiente de presión en dicha posición.

Teniendo en cuenta la ley de los gases ideales p•V=nRT

• n es el número de moles n=m/M ,

• m es la masa de gas contenida en el volumen V,

• M el peso molecular,

• R=8.3143 J/(K•mol) la constante de los gases

• T la temperatura absoluta.

La ley de Poiseuille se escribe

El signo menos aparece por que la presión p del gas disminuye a medida que sale por el tubo capilar

Integramos esta ecuación teniendo en cuenta que dm/dt es constante a lo largo del tubo capilar. La presión en el extremo x=0 del tubo capilar es p y la presión en el otro extremo x=L es p0 (atmosférica).

El dispositivo experimental

VII. CONCLUSIONES

7.1. A mayor temperatura el valor de la viscosidad va a disminuir.

7.2. De la gráfica vs a temperatura constante se puede concluir que la viscosidad no depende de su concentración ya que los puntos me arrojan una curva y no presenta una progresión.

7.3. Las viscosidades de los líquidos se pueden calcular a partir de las densidades que se calculan para cada temperatura.

7.4. Con el viscosímetro de Ostwald se pueden determinar adecuadamente los tiempos en los que el líquido va a pasar de un punto A a un punto B.

7.5. El método del picnómetro resulta ser más exacto para la determinación de la densidad de los líquidos.

7.6. Los líquidos con viscosidades bajas fluyen fácilmente y cuando la viscosidad es elevada el líquido no fluye con mucha facilidad.

7.7. La viscosidad y la densidad de las soluciones que se estudian van a depender de las concentraciones que tengan dichas soluciones.

VIII. RECOMENDACIONES

8.1. Tratar de mantener la temperatura constante cuando se trabaja con el viscosímetro Ostwald, para la determinación de las viscosidades de las diversas soluciones que se van a estudiar.

8.2. Se deben tomar los tiempos de manera exacta cuando el líquido que se estudia pasa de un punto A a un punto B en el viscosímetro.

8.3. Los materiales que se utilizan para las diversas mediciones se deben lavar y secar por completo en la estufa.

8.4. El picnómetro debe de ser llenado completamente hasta el capilar; luego del baño se debe de secar por completo el picnómetro antes de ser pesado.

8.5. El volumen que se utiliza de agua debe ser el mismo para las soluciones de etanol que se han utilizado

IX. BIBLIOGRAFIA

 Castellan, Gilbert W. “Physical Chemistry” (first edition) Aderson Wesley Publishin Company, Inc. Tokyo,1964,p.

 Daniels and Others, “ Experimental Physical Chemistry” (Sixth edition) Kogakusha Company, Ltd., Tokio, 1962 p.147.

 Flinday, Alexander, “Practicas de Fisico-Química ( versión en castellano de la ocatava edición inglesa).- Editorial Medico quirúrgica Bueno Aires, 1955,p,113

 Maron S., Lando J, "Fisicoquímica Fundamental", 2da ed, Ed. Limusa, México, 1987, pag 70 – 75.

 MOORE, Walter J. “Physical Chemistry” fourth edition, Longmans Geen and Co. Ltd. London, 1962, p.323.

 Pons Muzzo G., "Fisicoquímica", 5ta edición, Ed. Universo SA, Lima, 1981

 http://es.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_Ostwald

 http://www.monografias.com/trabajos33/viscosidad/viscosidad.shtml#ixzz2f6Qh2UPY

ANEXOS

Friedrich Wilhelm Ostwald

Nacimiento 2 de septiembre de 1853

Riga, Imperio Ruso

Fallecimiento 4 de abril de 1932

Leipzig, Alemania

Campo Fisicoquímica

Alma máter

Universidad de Dorpat

Supervisor doctoral Carl Schmidt

Estudiantes

destacados Arthur Amos Noyes

Georg Bredig

Paul Walden

Frederick George Donnan

Conocido por Método de Ostwald

Premios

destacados Premio Nobel de Química (1909)

Cónyuge Helene von Reyher

Hijos Grete

Wolfgang

Elisabeth

Walter

Carl Otto

BIOGRAFIA

Nació el 2 de septiembre de 1853 en la ciudad de Riga, que en aquellos momentos formaba parte del Imperio ruso, y hoy en día es la capital de Letonia, en una familia de alemanes del Báltico.

Cursó estudios en la Universidad de Dorpat (hoy Universidad de Tartu), graduándose en 1875. Trabajó como profesor en dicho centro hasta 1881. De 1881 a 1887 fue profesor del Instituto Politécnico de Riga. En 1887 se trasladó a la Universidad de Leipzig como profesor de química-física. Allí fundó el Instituto Ostwald, primer instituto dedicado al estudio de la físico-química, que dirigió hasta su jubilación en 1906.

Ostwald se interesó enormemente en la idea de la adopción de una lengua auxiliar internacional, aprendiendo primero esperanto. Posteriormente se interesó en la reforma del esperanto, el Ido, y donó al movimiento de este idioma parte del dinero obtenido al ganar el premio Nobel. Parte de su obra está traducida a dicho idioma.

También trabajo en las ciencias de la información, pues se interesó en el desarrollo de la organización del conocimiento de la literatura gris y la documentación técnica. Hizo propuestas para que el conocimiento se organizara de manera analítica, estandarizada, normalizada e internacionalizada, convirtiéndose en un precursor de la web semántica. Fruto de su empeño, fue el creador, junto a Karl Wilhelm Bührer y Adolf Saager, del Instituto Internacional para la Organización del Trabajo Intelectual, fundado en Múnich en 1911 y conocido comúnmente como Brücke. En él, se pretendía crear el primer centro de documentación donde se organizasen todos los documentos y referencias bibliográficas producidas por bibliotecas, museos, asociaciones, sociedades, compañías... utilizando como método de indización y clasificación una herramienta nueva en Europa: la Clasificación Decimal de Dewey.

Ostwald falleció en Grossbothen, cerca de Leipzig, el 3 de abril de 1932.

INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS

Formuló la ley de Ostwald que rige los fenómenos de disociación en las disoluciones de electrolitos. En 1900 descubrió un procedimiento de preparación del ácido nítrico por oxidación del amoníaco, facilitando la producción masiva de fertilizantes y de explosivos en Alemania durante la I Guerra Mundial. Ideó un viscosímetro, que se sigue utilizando para medir la viscosidad de las disoluciones.

Elaboró una nueva teoría del color, defendiendo la normalización de los colores y creando en Dresde un laboratorio destinado a su estudio en 1920. Destacó, además, como escritor y editor científico. En el campo de la filosofía merece mencionarse la doctrina energética que elaboró y que intenta explicar la mayoría de los fenómenos en función de su energía física.

Entre sus obras destacan Filosofía natural (1902) y Ciencia del color (1923).

Obtuvo el premio Nobel de Química en 1909 por su trabajo en la catálisis y por sus investigaciones sobre los principios fundamentales que rigen los equilibrios químicos y las velocidades de reacción.

JEAN LÉONARD MARIE POISEUILLE

Jean Léonard Marie Poiseuille ( * París, 22 de abril de 1799 - 26 de diciembre de 1869) fue un médico fisiólogo francés que experimentó un largo periodo de su vida durante la transición de la primera revolución industrial a la segunda revolución industrial. Es considerado como uno de los científicos de Francia más influyentes después de Antoine Lavoisier y Louis Pasteur.

Desde 1815 a 1816 estudió en el École Polytechnique en París donde aprendió y se especializó en física y matemática. En 1828 se graduó de sus estudios con título de doctor en ciencias (o Scientiae Doctor en latín). Su disertación doctoral se tituló "Recherches sur la force du coeur aortique". Sus contribuciones científicas iniciales más importantes versaron sobre mecánica de fluidos en el flujo de la sangre humana al pasar por tubos capilares.

En 1838 demostró experimentalmente y formuló subsiguientemente en 1840 y 1846 el modelo matemático más conocido atribuido a él. La ley de Poiseuille, que posteriormente llevaría el nombre de otro científico (Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen) que paralelamente a él, también enunció la misma ecuación.

ΔP es la caída de presión

L es la longitud del tubo

μ es la viscosidad dinámica

Q es la tasa volumétrica de flujo

r es el radio

π es pi

La ecuación que ambos encontraron logró establecer el caudal o gasto de un fluido de flujo laminar incompresible y de viscosidad uniforme (llamado también Fluido Newtoniano) a través de un tubo cilíndrico en base al análisis de una sección axial del tubo. La ecuación de Poiseuille se puede aplicar en el flujo sanguíneo (vasos capilares y venas), también es posible aplicar la ecuación en el flujo de aire que pasa por los alveolos pulmonares o el flujo de una medicina que es inyectada a un paciente, a través de una aguja hipodérmica. Poiseuille pasó sus últimos días en Paris, ciudad donde murió en 1869.

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