UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(UNIVERSIDAD DEL PERÚ, DECANA DE AMÉRICA)

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FISICOQUÍMICA

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA

PRÁCTICA N°4: VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LÍQUIDOS

Lima – Perú

RESUMEN

En la presente experiencia ‘’viscosidad y densidad de líquidos’’ determinamos experimentalmente la viscosidad que presenta un líquido por medio del viscosímetro Stormer, el cual consistió en medir el tiempo que tarda en dar 100 revoluciones un hélice introducido en la muestra cuyo giro se vio impulsado debido a las pesas variables colgadas a un extremo, para después con los cálculos respectivos determinar su viscosidad absoluta. Para determinar la densidad se usó el método del picnómetro el cual consiste en pesar un picnómetro con y sin muestra para después por diferencias de masa hallar la masa del líquido y relacionarla con su volumen, calculando así su gravedad específica para luego relacionarla con la densidad el agua a 25 °C, obteniendo el valor de la densidad absoluta. Finalmente los datos obtenidos en el la determinación de la viscosidad absoluta pasaran a un análisis gráfico.

INDICE

1. INTRODUCCION........................................................................................................4

2. OBJETIVOS...............................................................................................................5

3. PRINCIPIOS TEORICOS..............................................................................................6

4. PARTE EXPERIMENTAL.............................................................................................8

4.1. Materiales, equipos y reactivos............................................................................8

4.2. Procedimiento experimental.................................................................................8

5. TABLA DE DATOS....................................................................................................10

6. CALCULOS..............................................................................................................11

7. GRAFICOS...............................................................................................................14

8. TABLA DE RESULTADOS..........................................................................................15

9. DUSCUSION DE RESULTADOS.................................................................................15

10. CONCLUSIONES...................................................................................................17

11. RECOMENTACIONES...........................................................................................18

12. BIBLIOGRAFIA.....................................................................................................19

13. ANEXOS..............................................................................................................20

1. INTRODUCCION

Definimos a la viscosidad como la resistencia experimentada por una porción de un líquido cuando se desliza sobre otra. La viscosidad puede expresarse como absoluta cuando que viene a ser la fuerza por unidad de área para mantener una gradiente de velocidad, cinemática cuando se divide entre la densidad o relativa cuando tiene un patrón de comparación. En lo que concierne a densidad podemos definirla como la masa por unidad de volumen, a esta la llamamos densidad absoluta; y la llamaremos relativa o gravedad específica a la relación entre las densidades absolutas con un patrón de comparación, que generalmente es el agua a 4 °C.

2. OBJETIVOS

Determinar la densidad de la muestra patrón de glicerina y solución problema de glicerina utilizando los métodos del picnómetro, conociendo el dato de densidad del agua a determinadas temperaturas como la ambiental, en tablas.

Además, determinar la viscosidad de la glicerina utilizando el método de Stormer.

Calcular las constantes K y a que son el factor constante del instrumento y el factor de tiempo para la corrección mecánica del aparato, respectivamente, a partir de la gráfica de la viscosidad por unidad de masa vs. El tiempo.

3. PRINCIPIOS TEORICOS

1) Viscosidad: resistencia de un líquido o un gas a fluir, resultante de los efectos combinados de cohesión y adherencia. El coeficiente de viscosidad η es el parámetro que caracteriza la viscosidad, y se puede medir utilizando instrumentos llamados viscosímetros.1.1) Viscosidad Absoluta: Propiedad de los fluidos que indica la mayor o

menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. Algunas unidades a través de las cuales se expresa esta propiedad son el Poise (P), el Pascal-Segundo (Pa-s) y el centiPoise (cP), siendo las relaciones entre ellas las siguientes: 1 Pa-s = 10 P = 1000 cP. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.

η= τdv /dx

Uno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el Viscosímetro Stormer. En este equipo se introduce la sustancia a analizar en el espacio comprendido entre un cilindro fijo (externo) y uno móvil (rotor interno). El rotor es accionado a través de unas pesas y se mide el tiempo necesario para que este rotor gire 100 veces. Mientras mayor es la viscosidad de la sustancia, mayor es su resistencia a deformarse y mayor es el tiempo necesario para que el rotor cumpla las 100 revoluciones. Puede demostrarse a través del análisis del fenómeno y de las características constructivas del equipo que la Viscosidad Absoluta en cP es μ = 0,0262827 m t, donde m es la masa colocada en el cuelga-∙ ∙pesas y t el tiempo en segundos necesario para que el rotor de las 100 revoluciones.

Plataforma

Móvil

Tacómetro

Portapesas

Cilindro Fijo

Rotor

1.2) Viscosidad Cinemática: Relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido. Esta suele denotarse como “D”. Algunas de las unidades para expresarla son el m2/s, el stoke (St) y el centistoke (cSt), siendo las equivalencias las siguientes: 1 m2/s = 10000 St = 1x106 cSt. Imagínese dos fluidos distintos con igual viscosidad absoluta, los cuales se harán fluir verticalmente a través de un orificio. Aquél de los fluidos que tenga mayor densidad fluirá más rápido, es decir, aquél que tenga menor viscosidad cinemática.

D=η/ ρ1.3) Fluidez: Se define como la inversa de la viscosidad absoluta. Se expresa

en rhes: cm.s.g-1.1.4) Viscosidad Relativa: Se define como la relación entre la viscosidad de una

sustancia y un líquido de referencia, No tiene unidades.

- Para convertir la viscosidad de la muestra desde segundos por 100 revoluciones a viscosidad absoluta y reportar el valor en centipoises, se usa la siguiente expresión:

η=Km(t−a)

η : viscosidad absolutaexpresadaen centipoises . K : factor constante del instrumento . m :masaimpulsora en gramos . t : tiempo en segundos, para100 revoluciones . a : factor de tiempo parala correcciónmecánicadel aparato .

2) Densidad: Magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3).2.1) Densidad Absoluta: Se define como la masa por unidad de volumen de una sustancia, Depende de la temperatura y presión, para los líquidos y solidos la temperatura se indica como un esponente: pt.

2.2) Densidad Relativa o Gravedad Específica: Se denomina así a la relación existente entre las densidades absolutas o las masas específicas de las sustancias, una de las cuales se toma como patrón. También se llama así a la relación entre las masas de volúmenes iguales de una sustancia y la sustancia patrón. Para los sólidos y líquidos se toma como patrón el agua pura a 4°C.

2.3) Determinación de la Densidad de Líquidos: El método más exacto para determinar las densidades de líquidos y solidos es el del picnómetro, el cual consiste en pesar el mismo volumen de muestra y liquido de referencia (generalmente agua); para los sólidos el procedimiento se modificara incluyéndose pesadas del sólido y del solido decantado con agua. Para lograr resultados mejores se deberá realizar una corrección de pesos.

- Picnómetro: Matraz con un tapón de vidrio esmerilado que contiene un capilar en la parte central del mismo. Esto permite medir con mayor precisión el volumen de un líquido, y por ende, ayudar a que la densidad de un fluido sea correctamente obtenido utilizando un balance analíticamente equilibrado.

4. PARTE EXPERIMENTAL

4.1. Materiales, equipos y reactivos

Materiales y equipos:

- Viscosímetro de Stormer con pesas de 25-500g- Vasos de 250 y 100 mL- Termómetro - Cronómetro - Picnómetro - Cocinilla

Reactivos:

- Muestra patrón de glicerina- Solución problema de glicerina- Agua destilada

4.2. Procedimiento experimental

A) Determinación de la viscosidad de la Glicerina con el Viscosímetro de Stormer:

a) Comprobar que el viscosímetro se encuentre en una posición horizontal fija sobre una mesa o estante.

b) Llene en un vaso seco de aproximadamente 250mL de la muestra patrón de glicerina para llevarlo a 25°C, estimando que ésta será nuestra temperatura a trabajar como referencia a la ambiental. Colocar el vaso en el soporte del equipo y fijarlo a una altura tal que la muestra llegue a la marca de la hélice, la cual debe quedar en el centro del vaso de tal manera que no roce ni con las base ni con las paredes del vaso.

c) Colocar las pesas necesarias en la porta pesas, para así obtener las revoluciones en un tiempo determinado. Se podría utilizar un peso de 100g, lo cual ya tiene incluido al peso de la porta pesas.

d) Con el cronómetro se medirá el tiempo necesario que toma el puntero al completar una vuelta, lo cual representa 100 revoluciones. Repetir este procedimiento unas 3 o 4 veces para así obtener un promedio de tiempo.

e) Repetir pasos c) y d) para los otros 3 juegos de pesos equivalentes a 125, 150, 175g.

f) Repetir también b), c) y d) para la solución problema de glicerina, en este

caso solo se requiere un juego de pesas.

B) Determinación de la densidad de la glicerina mediante el método del Picnómetro:

a) Lavar el Picnómetro con agua destilada y secar en estufa.b) Una vez frio el picnómetro, pesarlo para obtener así el peso del

picnómetro vacío (W1), luego llenar con agua destilada y sumergirlo en un baño maría por unos minutos para obtener una temperatura de 25°C. Una vez obtenido la temperatura pesar el picnómetro con agua destilada a 25°C para obtener el peso del picnómetro con el agua destilada (W2).

c) Retirar el picnómetro de la balanza y repetir el procedimiento anterior pero ahora ya no con agua destilada, si no con Glicerina.

5. TABLA DE DATOS

Viscosidad: GLICERINA QP

Masa (gr) Tiempo (seg) Tiempo Promedio (seg)

100

22.66

22.6522.6522.7522.54

125

20.15

20.242520.3620.3920.07

150

17.98

18.172518.4818.1318.10

175

16.85

16.6216.5416.4616.63

GLICERINA PROBLEMA

Masa (gr) Tiempo (seg) Tiempo Promedio (seg)

10018.72

18.718.5118.9418.63

Densidad:

Muestra Masa (gr) Temp. (°C)

W1(Picnómetro) 10.4191 25W2(Picnómetro con glicerina) 23.1099 25

W3(Picnómetro) 10.5318 25

W4(Picnómetro con agua destilada) 20.9509 25

6. CALCULOS

Sabemos por dato teórico que la viscosidad a 25°C de la Glicerina es de 954 cP.

Viscosidad:

Para la Glicerina QP

Graficamos Viscosidad/masa vs. Tiempo

16 17 18 19 20 21 22 230

2

4

6

8

10

12

f(x) = 0.675685684032272 x − 5.87722575170714R² = 0.99435517165519

Viscosidad/masa vs. Tiempo

Tiempo

Visc

osid

ad/m

asa

De esto obtenemos la siguiente ecuación lineal de la gráfica:

y = 0.6757x - 5.8772

Que toma la forma de la siguiente ecuación líneas en función del tiempo:

ηm

=K (t−a)

ηm

=K∗t−K∗a

Donde por semejanza de ecuaciones llegamos a obtener las constantes K y a:

K=0.6757

K∗a=5.8772a=8.698

Ahora para la Glicerina Problema, tenemos el tiempo promedio que es: 18.7 seg. Para una masa de 100gr.

Reemplazamos en la ecuación:

ηm

=K (t−a)

η100

=0.6757(18.7−8.698)

η=675.835cP

El Porcentaje de error es:

%Error=η( teórico)−η (experimental)

η(teórico)x100

%Error=954−675.835954

x100

%Error=29.16%

Densidad:

La gravedad específica será hallada mediante la siguiente ecuación:

G .Específica=W 2(Picnómetro conmuestra)−W 1(Picnómetro)W 4 (picnómetro conagua )−W 3 (picnómetro )

G .Específica=23.1099−10.419120.9509−10.5318

G .Específica=1.218

ρglicerina25 °C =G .Específica∗ρagua

25°C

ρglicerina25 °C =1.218∗0.9971

ρglicerina25 °C =1.2145g /mL

El Porcentaje de error es:

%Error=ρ(teórico )−ρ(experimental)

ρ(teórico )x 100

%Error=1.25−1.21451.25

x100

%Error=2.84%

7. GRAFICOS

16 17 18 19 20 21 22 230

2

4

6

8

10

12

f(x) = 0.675685684032272 x − 5.87722575170714R² = 0.99435517165519

Viscosidad/masa vs. Tiempo

Tiempo

Visc

osid

ad/m

asa

8. TABLA DE RESULTADOS

GLICERINA PROBLEMA

MUESTRA Viscosidad

Glicerina problema675.835cP

Glicerina teorica 954 cP

% de error 29.16%

Densidad:

Muestra Masa (gr) Temp. (°C) Densidad

Glicerina 12.6908 251.2145 g/mL

Glicerina teorica - - 1.25 g/mL

% error 2.84%

Constantes:

Constantes Valor

a 8.698

K 0.6757

9. DISCUSION DE RESULTADOS

Luego de obtener los valores de viscosidad y densidad, consideramos posiblemente que:

- El alto error porcentual en la determinación de la viscosidad se debe a que la sustancia (glicerina) no era pura, sino se encontraba con cierto grado de impurezas. Esto se comprobó con la gráfica hecha a base de datos obtenidos con glicerina pura.

- El bajo error porcentual hallado en la densidad se debe a que la glicerina fue pura, además de que trabajamos con el picnómetro, un instrumento exacto.

10. CONCLUSIONES

o El método del picnómetro, es un método sencillo, práctico y muy preciso para determinar la densidad de un líquido a diferentes temperaturas.

o La viscosidad se ve afectada por la temperatura a la que se intenta calcular.

11. RECOMENTACIONES

o Se recomienda trabajar a temperatura aproximada a la del ambiente, ya que los valores para los patrones se pueden encontrar fácilmente en tablas.

o Se recomienza tener exactitud al momento de hacer la pesada en la determinación de la densidad.

12. BIBLIOGRAFIA

Bibliografía

[1] H. L. Naveros, «Fisica II».

[2] 2. E. Machinery s Handbook, «Varios».

[3] G. P. Muzzo, «FisicoQuimica I».

13. ANEXOS