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Viscosidad de líquidos,Observar el efecto de la temperatura en la viscosidad de líquidos.
Tipo: Apuntes
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Departamento Académico de Ingeniería Química “VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS” GRUPO N° 03 INTEGRANTES: Alfonte Lupaca Denis Aranda Jurado Brenda Flores Bustamante Huxley DOCENTES: Ing. Olga Bullón Camarena Ing. Marcos Surco Álvarez LIMA – PERÚ 2019
Índice de figuras
Viscosidad de líquidos Objetivos Adquirir destreza en la medición de la densidad de líquidos empleando en este laboratorio el viscosímetro de Ostwald. Observar el efecto de la temperatura en la viscosidad de líquidos. Fundamento teórico o Ley de Hagen-Poiseuille El volumen de un fluido incompresible que fluye por un tubo cilíndrico viene dado por[ CITATION HMa93 \l 10250 ]: V = π r 4 t ∆ P 8 L η Donde: ∆ P es la diferencia de presiones entre los extremos del tubo, r es el radio, L es la longitud y η es la viscosidad del fluido. Se cumple si el numero de Reynolds es menor de 2000.[CITATION HMa93 \p 67 \l 10250 ]. o Viscosímetro de Ostwald Un método muy conveniente para la determinación de la viscosidad de líquidos es el Viscosímetro de Ostwald. La fuerza que empuja el líquido por el capilar es igual a h × ρ × g siendo h la diferencia media de nivel del líquido en ambas ramas del tubo ρ 1 la densidad del mismo y g la constante de gravitación.[CITATION BPL79 \p 104 \l 10250 ] Donde: A-B: marcas grabadas, donde se medirá el tiempo de caída del liquido Figura 1. Viscosímetro de Ostwald, (a) Forma tradicional. (b) Forma del British Standards Institution [CITATION BPL79 \p 104 \l 10250 ]
C: tubo capilar E, G: bulbo grande D: bulbo pequeño F: brazo del tubo La resistencia a fluir depende de las dimensiones del capilar (que son constantes) y de la viscosidad del líquido. Si se introduce ahora el mismo volumen de un segundo liquido en el tubo, la diferencia media de nivel de dos superficies del líquido también será h, por lo que la fuerza impulsadora ahora h × ρ 2 × g. Por lo tanto, las fuerzas impulsoras son proporcionales a las densidades de los líquidos, mientras las resistencias son proporcionales a sus viscosidades. Dado que la velocidad del flujo es proporcional a la relación fuerzas/resistencia, los tiempos de paso entre meniscos (t 1 y t 2 ), para un mismo volumen de ambos líquidos estarán en la relación[CITATION BPL79 \p 104 \l 10250 ]: t 1 t 2
η 1 / ρ 1 η 2 ¿ ρ 2 o η 1 η 2
ρ 1 t 1 ρ 2 t 2 Donde: η 1 y η 2 son las viscosidades, ρ 1 y ρ 2 son densidades y t^ 1 y t^ 2 son los tiempos de flujo para los líquidos 1 y 2. Parte experimental Datos experimentales Temperatura de trabajo: 21ºC Presión de trabajo: 760 mmHg Viscosímetro de Ostwald Número de viscosímetro: 200 H Volumen del viscosímetro: 12.3 ml Densidad del líquido problema: 940.208 kg/m^3 Tabla 1. Datos obtenidos en laboratorio. Líquido Temperatura (°C) Tiempo (s) Agua 21 11. Agua 30 10. Agua 35 9. Agua 40 9. Alcohol 20 18. Liquido problema 24 26.
μ = π ×r 4 × t × Δ P 8 × L ×V
También tenemos que: ΔP = h × ρ× g … … ( 2 ) De (2) en (1) tenemos que: μ = π ×r 4 × t ×h × ρ× g 8 × L× V
Despejando r: r = 4
8 × V × μ× L π × h × ρ × g ×t Considerando h=L se tiene que: r = 4
8 ×V × μ π × ρ × g ×t Calculo del radio del capilar, reemplazando los datos experimentales y bibliográficos: Radio del capilar con agua a 20 ºC. r 20 ° c = 4
− 6 m 3 ) × (0. kg m. s
π × (998. kg m
m s 2 ) × (11.31^ s ) r 20 ° c =7.2979 × 10 − 4 m Radio del capilar con agua a 30 ºC. r 30 ° c = 4
− 6 m 3 ) × (0. kg m. s
π × (995. kg m
m s 2 ) × (10.25^ s^ ) r 30 ° c =7.0687 × 10 − 4 m
Radio del capilar con agua a 35 ºC. r (^) 40 ° c = 4
− 6 m 3 ) × (0. kg m. s
π × ( 994. kg m
m s 2 ) × (9.23^ s ) r 35 ° c =7.0750 × 10 − 4 m Radio del capilar con agua a 40 ºC. r (^) 40 ° c = 4
− 6 m 3 ) × (0. kg m. s
π × ( 992. kg m
m s 2 ) × (9.05^ s ) r (^) 40 ° c =6.9416 × 10 − 4 m El radio promedio del capilar es: r = r (^) 20 ° c + r 30 ° c + r 35 ° c + r 40 ° c 4 r =
− 4 m + 7.0687 × 10 − 4 m +7.0750 × 10 − 4 m +6.9416 × 10 − 4 m 4 r =7.0958 × 10 − 4 m
2. Calcule la viscosidad del alcohol y líquido problema, usando la ecuación 9 propuesta en la guía. Ecuación 9 según la guía: μ 1 μ 2
t 1 × ρ 1 t 2 × ρ 2 Hallando la viscosidad
Calculo de la viscosidad dinámica del agua y su respectivo %Desviación, utilizando los datos experimentales, bibliográficos y el radio promedio del capilar. o Para el agua a 20º C. μagua a 20 ℃ = π × (7.0958 × 10 − 4 m ) 4 × (11.31 s ) × (998. kg m
m s
− 6 m 3 ) μagua a 20 ℃ =0. kg m. s %desviación =
x 100 % %Desviación =10.67 % o Para el agua a 30º C. μagua a 30 ℃ = π × (7.0958 × 10 − 4 m ) 4 × (10.25 s ) × (995. kg m
m s
− 6 m 3 ) μagua a 30 ℃ =0. kg m. s %desviación =
x 100 % %Desviación =1.50 % o Para el agua a 35º C. μagua a 35 ℃ = π × (7.0958 × 10 − 4 m ) 4 × (9.23 s ) × (994. kg m
m s
− 6 m 3 ) μagua a 35 ℃ =0. kg m. s
%desviación =
x 100 % %Desviación =1.25 % o Para el agua a 40º C. μagua a 40 ℃ = π × (7.0958 × 10 − 4 m ) 4 × (9.05 s ) × (992. kg m
m s
− 6 m 3 ) μagua a 40 ℃ =0.000 713 kg m. s %desviación =
x 100 % %Desviación =9.19 % Tabla 6. Viscosidad dinámica experimental del agua a diferentes temperaturas. ii. Ahora con los valores de la tabla 6 se procede hacer la gráfica Viscosidad dinámica( kg / m. s ) VS Temperatura(ºC). Temperatura (°C) Viscosidad ( kg^ / m.^ s ) 20 0. 30 0. 35 0. 40 0.000 713
5. ¿Qué otros viscosímetros son utilizados en la determinación de líquidos, aparte de los estudiados en esta práctica? Viscosímetro Saybolt : Este equipo consiste en un recipiente destinado a contener el fluido cuya viscosidad se quiere determinar y donde en su parte inferior dispone un orificio de diámetro normalizado. Este recipiente se halla a su vez dentro de otro que le sirve de baño termostático para poder determinar viscosidades a distintas temperaturas. Modo de uso: En un matraz de doble aforo (200 y220 cm^3 ) se miden 220 cm^3 del líquido objeto de ensayo teniendo obstruida con el vástago V la salida o Se vierten en la vasija interior. Se tapa y se coloca el termómetro t, se calienta el baño externo y cuando el líquido de la vasija interior alcanza la temperatura que interesa en la determinación se coloca el matraz de doble aforo debajo de o. Se mide lo más exactamente posible el tiempo que tarda en pasar el líquido hasta los 200 cm^3. Se repite la experiencia a la misma temperatura, utilizando el agua y de la relación entre ambos tiempos se obtiene la viscosidad relativa, teniendo en cuenta las densidades de ambos líquidos a la temperatura de la determinación. Se utiliza para determinar la viscosidad relativa de: * aceites lubricantes *petróleos *gasolinas Figura 2. Viscosímetro de Saybolt Fuente:( https://www.hwkessel.com.pe/marcas/humboldt/viscosimetro-saybolt) Viscosímetro Stormer Es un dispositivo rotatorio empleado para determinar la viscosidad de las pinturas. Consiste en una especie de rotor con paletas tipo paddle que se sumerge en un líquido y se pone a girar a 200 revoluciones por minuto. Se mide la carga del motor para hacer esta operación la viscosidad se encuentra en unas tablas ASTM D 562, que determinan la viscosidad en unidades Krebs. El viscosímetro stormer se basa en el tiempo en que le disco de este aparato
tarda en dar 100 revoluciones, el disco está conectado a una pesa que se libera, la caída de esta se ve modificada por la resistencia encontrada por el disco al rotar en el líquido a consecuencia de la viscosidad del instrumento. Con este viscosímetro es posible determinar viscosidades relativas y viscosidades absolutas (en términos de cp). Las viscosidades absolutas se calculan una vez que se fabrica una curva de calibración de los tiempos en que se obtienen 100 revoluciones y los valores de viscosidad de las muestras. Figura 3 .Viscosímetro de Stormer Fuente:(https://twilight.mx/instrumentos/viscosimetros/60/19/bl-bgd186- viscosimetro-krebs.html) Viscosímetro de Engler: Es un dispositivo que se emplea para medir la viscosidad cinemática aproximada de aceites hasta un grado SAE60 con buena eficiencia. Se basa en el flujo por gravedad de un líquido a la salida de un recipiente donde se mide el tiempo necesario para evacuar cierto volumen de un líquido. Composición: Está conformado por las siguientes partes: o Baño maría o Cuerpo formado por estructura metálica. o Sistema de calentamiento o Sistema de agitación o Sensor de temperatura o Sistema de infrarrojos o Sistema de abastecimiento y caja de control.
Fuente: (http://www.quantotec.com/sp/Visco-bola.htm ) Viscosímetro rotacional analógico El funcionamiento del viscosímetro Brookfield se basa en el principio de la viscosimetría rotacional; mide la viscosidad captando el par de torsión necesario para hacer girar a velocidad constante un husillo inmerso en la muestra de fluido a estudiar. Los viscosímetros Brookfield son de fácil instalación y gran versatilidad y para su manejo no se necesitan grandes conocimientos operativos. Cada viscosímetro está compuesto por los siguientes elementos: o Cuerpo del viscosímetro, constituido por un motor eléctrico y un dial de lectura. o Vástagos intercambiables. Estos vástagos se numeran del 1 al 7, siendo el 1 el más grueso. Tienen, sobre su eje, una señal que indica el nivel de inmersión en el líquido. o Baño termostático o Soporte o Vasos y termómetro Aplicaciones de los viscosímetros rotacionales o Determinación de pesos moleculares y/o concentraciones de floculantes. o Estudio reológico de las disoluciones comerciales de floculantes. o Estudio de la degradación de floculantes y de otros aditivos de elevada viscosidad, como el almidón. o Estudio de la retención de agua. o Estudio de la eficacia de sistemas de retención y drenaje. o Viscosímetro de burbujas Se emplea el viscosímetro de burbujas para una evaluación rápida de viscosidad cinemática de líquidos como: o Resinas o Pinturas Poseen algunas características como: Liquido de patrones herméticamente en tubos de vidrio.
Figura 6. Viscosímetro rotacional analógico Fuente: (http://equipoparalaboratorio.mx/viscosimetros/1843-v300002- viscosimetro-rotacional-expert-r-fungilab.html). Observaciones Al momento de calcular la viscosidad a las diferentes temperaturas utilizamos un termostato que ya fue usado y dejado a una temperatura de 80°C por lo que esperamos a que baje su temperatura o en otros casos agregarle agua para así reducir su temperatura y obtener la adecuada para el experimento. Llenar el viscosímetro de Ostwald hasta las ¾ partes del bulbo inferior grande con agua destilada para así calcular mejor el tiempo que se desplaza. Al realizar el experimento con el vaso de Dewar y el viscosímetro de Ostwald utilizamos agua a temperatura con +3°C de la temperatura que nos pedían ya que en 3 o 4 minutos disminuía 1°C. Para poder realizar los cálculos con la solución problema dada por la profesora pediremos ayuda a los otros grupos ya que necesitamos el dato de la densidad de ese líquido problema que los otros grupos deberán hallar para su informe. El radio es teórico por lo que debemos buscarlo en internet por el código del producto.
La viscosidad dinámica del líquido problema es 2.211^ ×^10 − 3 kg m. s . La viscosidad dinámica del agua a 20ºC hallado es 0.^ kg m. s con un %Desviación de 10.67 %. La viscosidad dinámica del agua a 30ºC hallado es 0.^ kg m. s con un %Desviación de 1.50 %. La viscosidad dinámica del agua a 35ºC hallado es 0.^ kg m. s con un %Desviación de 1.25 %. La viscosidad dinámica del agua a 35ºC hallado es 0.000^713 kg m. s con un %Desviación de 9.19^ %. El viscosímetro de Ostwald es un buen instrumento para poder hallar la viscosidad de líquidos. Esto se comprueba con los bajos %Desviación que se han obtenido. La ecuación para la viscosidad dinámica del agua es (^) μ =0.0011 e −0.012 T^. Hay una relación inversa entre la viscosidad dinámica del agua y la temperatura, es decir, si se aumenta la temperatura entonces la viscosidad disminuye y la forma como se presenta esta disminución es exponencial. Bibliografía CITATION HMa93 \l 10250 : , (H. Maron & F. Prutton, 1993), CITATION HMa93 \p 67 \l 10250 : , (H. Maron & F. Prutton, 1993, pág. 67), CITATION BPL79 \p 104 \l 10250 : , (Levitt, 1979, pág. 104), CITATION BPL79 \p 104 \l 10250 : , (Levitt, 1979, pág. 104), CITATION MarcadorDePosición1 \l 10250 : , (Perry & Green, 2001), CITATION Mic \l 10250 : , (Lindeburg, 2004), CITATION Lan67 \l 10250 : , (Lange, 1967),
Anexos Fotografía 1. (Laboratorio de Fisicoquimica,2019) Universidad Nacional de Ingeniería
