VISCOCIMETRO DE OSTWALD

INTRODUCCIÓN

La práctica de viscosidad es una práctica muy importante en el sentido industrial debido a que esta se fundamenta mucho en leyes físicas y químicas que nos permite entender porque tal compuesto es más espeso que otro, o porque un compuesto es utilizado como lubricante, etc.

El saber cuan viscoso es una solución nos permite saber por ejemplo su peso molecular, es decir podemos determinar el peso molecular de una solución desconocida gracias al método de viscosidad. El poder estudiar la viscosidad de una sustancia nos ayuda a concluir cuanto varía con respecto a la temperatura, si es más viscoso o menos viscoso, etc.

Las aplicaciones en ingeniería civil del laboratorio “Viscosidad de una solución” pueden ser muy notorias, ya que el transporte de los fluidos es de gran importancia para resolver problemas de suministro de recursos como el agua; el gas, el petróleo, etc.; de esta manera notamos que en la ingeniería la viscosidad de un fluido influye en los diseños de tuberías, canales y todo tipo de redes de flujo. Posiblemente si en nuestra vida profesional dedicamos parte de nuestras labores a examinar, transportar, o analizar algún tipo de fluido que no sea común, entonces se le dará la importancia a la realización del presente laboratorio. En el análisis de los fluidos encontramos que una de las propiedades de más importancia para la ejecución de un proyecto hidráulico es la viscosidad del fluido, ya que a partir de esta podemos clasificar los tipos de flujo.

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RESUMEN

En este experimento se ha determinado la viscosidad de dos líquidos (agua y aceite) mediante el viscosímetro de ostwald. Para ello, vertimos los líquidos en el viscosímetro de ostwald, Para ello se mide el tiempo que tarda en descender cada líquido una distancia por un tubo capilar pequeño de cristal a causa de la diferencia de presión. Se mide el tiempo para el agua, cuya viscosidad es conocida con lo que a partir de la viscosidad relativa se puede obtener la viscosidad de cada líquido. Finalmente se han comparado los resultados obtenidos para la viscosidad con los valores tabulados en en el laboratorio

I) OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL:

Determinar la viscosidad relativa de un líquido con respecto al agua.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Conocer algunos métodos y equipos para hacer mediciones de la viscosidad en líquidos newtonianos.

Familiarizarnos con el uso del viscosímetro de Ostwald.

Aprender a manejar las unidades de medida de la viscosidad.

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II) FUNDAMENTO TEORICO.

El valor que la fuerza de cohesión tienen los cuerpos en estados líquidos es la causa de la resistencia experimentada por una porción de líquido, cunado un cuerpo se encuentra en su superficie.

Dicha resistencia puede alcanzar en determinados casos altos valores, siendo esta la causa de mayor o menor dificultad que hallamos al pretender desplazar un cuerpo sólido dentro de una masa líquida. La magnitud de la resistencia depende fundamentalmente de la naturaleza del líquido, a tal resistencia se le denomina rozamiento interno o más simplemente viscosidad.

Los primeros que estudiaron la viscosidad fueron un ingeniero y un médico (Hagen y Poiseuille) correspondiéndoles el mérito de deducir empíricamente sus leyes, las que más tarde fueron confirmadas teóricamente por Stokes.

Si se carga con un líquido un tubo capilar de largo l, de radio r, y escurre en un tiempo t, bajo la presión p, un volumen V, la fórmula que vincula estos valores según Hagen y Poiseuille es la siguiente:

V = π r4 pt8nl

¿

Dónde:

n: es una constante propia para cada líquido pero susceptible de variar con la temperatura, ella recibe el nombre de coeficiente de viscosidad. (Ns/ m2).

l: largo del tubo capilar (m)r : radio del tubo capilar(m)

p: presión (N/m2)

t : tiempo en discurrir le líquido(s)

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Debido a la dificultad que se presenta para determinar el valor de valor absoluto de η, y teniendo en cuenta que desde el punto de vista práctico lo que más interesa conocer es la viscosidad relativa; siendo este último lo que se practica con el viscosímetro de OTSWALD.

Si se miden los tiempos t y t’ empleados por volúmenes iguales V de dos líquidos, tales como agua y un lubricante por ejemplo, para escurrir a través de un mismo tubo, tendremos en cada caso según la fórmula:

Agua……………………………………………………………V = π r4 pt8nl

Lubricante…………………………………………………..V = π r4 pt8nl

Siendo los volúmenes iguales se tiene:

ptn

= p ' t 'n '

Si además las presiones p y p’ son iguales se tiene:

tn

=t 'n '

O también:

n 'n

=t 't

………… (1)

En el caso de ser la gravedad la fuerza empleada para el escurrimiento de los líquidos, las diferencias de presiones son directamente proporcionales a las densidades de los líquidos, se puede escribir:

n 'n

=p 'pt 't

………………. (2)

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DEFINICIÓN DE FLUIDO

Un fluido es una sustancia capaz de fluir, por lo que el término "fluido" engloba a líquidos y gases. Hay fluidos que fluyen tan lentamente que se pueden considerar sólidos, como el vidrio o el asfalto. No existe una línea divisoria entre los líquidos y los gases, porque cambiando la presión y la temperatura unos cambian en otros. Una definición más formal: "un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeño que sea el esfuerzo aplicado".

La viscosidad

Es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.

Viscosidad dinámica Se puede definir medir por el tiempo en que un líquido tarda en fluir a través e unTubo capilar a una determinada temperatura. Su unidad es el centi Poise(c P=10-P3 a.s).E s muy utilizada en fines prácticos.

1 poise (Pi) = 0,0102Kg /s.m2 = 36,72Kg / h.m2

1 poise (Pi) = 1dina. Cm /s2 = 0,01019Kg.s / m2

Viscosidad cinemática Representa la característica propia del líquido desechando las fuerzas que generansu movimiento. Se define como el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del producto en cuestión Su unidad es el centiStoke( cSt=mm'/s¡.1 m2 /s = 104Stokes (st)

Viscosidad Cinemática(c St) = Viscosidad Absoluta/ Densidad

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OTRA EQUIVALENCIAS

Submultiplo es el sentistoke (sSt) que equivale a la viscosidad del agua a 20°c (exactamente 1,0038 cst).

UNIDADES PRÁCTICAS Engler(°E ) utilizado en Europa continental. se mide en grados centígrados Saybolt(“S) utilizado en USA. Se mide en grados Fahrenheit Redwood(“R) utilizado en gran Bretanea. Se mide en grados Fahrenheit

EQUIVALENCIAS ENTRE LAS DIFERENTES UNIDADES

Centi Poises (CP)= centistokes ( cSt )xdensidad. SSU1 = Centistokes (cSt )x4.55. Grados engler x 7,45 = Centistokes( cSt ). Segundos redwood x 0.2469 = Centistokes( cSt ).

PASO DE STOKES (St) A GRADOS ENGLER (°E)

St = 0.084E-0.08/E

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III) METODOLOGIA.

. LABORATORIO

Procedimiento.-

Mediante una pipeta verter el líquido en la rama B del viscosímetro, hasta alcanzar las ¾ partes aproximadamente del ensanchamiento que existe en esa rama. A continuación soplar por la rama B, hasta que el líquido en la rama A sobrepase el envase z indicado en la figura. Tapar con el dedo el extremo A, hasta el momento de iniciar el experimento. El experimento consiste en medir el tiempo que transcurre desde que el nivel del líquido pasa por z, hasta el instante en que llega a M.

FORMULA DE HAGEN Y POICEUILLE

V = (πr4pt)/8ηl

Donde:V: volumen(m3)r: radio del tubo capilar (m).p: presión (N/m2).t: tiempo (s).l: longitud del capilar (m).η: constante de viscosidad del líquido (N s. /m2).

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VISCOSIDAD RELATIVASi tenemos dos líquidos, el agua y otro liquido diferente del cual se quiere obtener su densidad relativa respecto al aguaPARA EL LIQUIDO 1(agua):

V1= Vr1= rp1=P0

t1=t1

l1=lη1=ηH2O

PARA EL LIQUIDO 2:V2= Vr2= rp2=P0

t2=t2

l2=lη2=η2

Reemplazando datos en la fórmula de hagen y poiceuille de cada uno de los líquidos e igualando volúmenes para hallar la ecuación de la viscosidad relativa para cualquier líquido.

V1=V2

(πr4pt1)/8η1l = (πr4pt2)/8η2l

Simplificando la expresión hallamos la viscosidad relativa de un líquido cualquiera respecto del agua

η2 / η1 = t2/t1

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MATERIALES Y EQUIPOS

3.2.1. MATERIALES

Gasolina waipe aceite

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3.2.2. EQUIPOS

Cronometro viscosímetro de ostwald

cámara

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CUESTIONARIO1). Calcular empleando agua en casos distintos el tiempo que emplea en escurrirse el volumen entre los dos niveles considerados.

Luego de medir los tiempos que demoró el agua en bajar entre los dos niveles del viscosímetro de Oswalt, obtuvimos los siguientes resultados que se muestran en siguiente cuadro.

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Nº de pruebadel agua

Tiempo (seg.)

1º resultado 0.72 s

2º resultado 0. 85 s

3º resultado 0.76 s

TIEMPO PROMEDIO

0.77 s

2).Calcular de igual manera, el tiempo correspondiente cuando se utiliza el líquido cuya viscosidad relativa se quiere determinar.

Luego de medir los tiempos que demoró el aceite en bajar entre los dos niveles del viscosímetro de Oswalt, obtuvimos los siguientes resultados que se muestran en siguiente cuadro.

3). Cuál es la viscosidad relativa promedio del líquido problema.

η2 / η1 = t2 / t1

η2 / η1 = viscosidad relativa del aceite con respecto del agua (Vr)

t1: tiempo promedio transcurrido del agua.

t1 = 0.77 seg.

t2: tiempo promedio transcurrido del aceite.

t2 = 96.6 seg.

Vr = 96.6 seg./0.77seg.

Vr = 125.45

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Nº de pruebaDel aceite

Tiempo (seg.)

1º resultado 89 s

2º resultado 99 s

3º resultado 102 s

TIEMPO PROMEDIO

96.6 s

4). Demostrar la ecuación (2)

FORMULA DE HAGEN Y POICEUILLE

V = (πr4pt)/8ηl

Donde:V: volumen (m3)r: radio del tubo capilar (m).p: presión (N/m2).t: tiempo (s).l: longitud del capilar (m).η: constante de viscosidad del líquido (N s. /m2).

Si el líquido fluye únicamente por acción de la gravedad en un tubo situado verticalmente, la presión P es la que ejerce la columna de líquido, esto es:

P = ρghSiendo:

p: la densidad (kg/m3).g: la gravedad (m/s2).h:la altura de la columna del líquido (m).

VISCOSIDAD RELATIVA

Si tenemos dos líquidos, el agua y otro liquido diferente del cual se quiere obtener su densidad relativa respecto al agua.PARA EL LIQUIDO 1(agua):

V1= Vr1= rP1=ρ1ght1=t1

l1=lη1=ηH2O

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PARA EL LIQUIDO 2:V2= Vr2= rP2=ρ2ght2=t2

l2=lη2=η2

Reemplazando datos en la fórmula de hagen y poiceuille de cada uno de los líquidos e igualando volúmenes para hallar la ecuación de la viscosidad relativa para cualquier líquido.

V = (πr4Pt)/(8ηl)

V1=V2

(πr4ρ1ght1)/(8η1l) = (πr4ρ2ght2)/(8η2l)

Simplificando la expresión hallamos la viscosidad relativa de un líquido cualquiera respecto del agua

η2 / η1 = (ρ2t2)/ (ρ1t1)

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IV) CONCLUSIONES

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.

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

La viscosidad y la densidad de las soluciones que se estudian van a

depender de las concentraciones que tengan dichas soluciones

RECOMENDACIONES

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

V) BIBLIOGRAFIA

http://www.monografias.com/trabajos33/viscosidad/viscosidad.shtml#ixzz2h5z 0Zu5

BARROW, Gordon. Química Física, segunda edición. España: Editorial Reverté, 1968.

HOUGEN, WATSON y RAGATZ. Principios de los Procesos Químicos. España: Editorial Reverté, 1972

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VI) ANEXOS

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BERTIENDO AGUA EN EL VISCOSIMETRO

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CALCULANDO EL TIEMPO EN

DESENDER EL AGUA

PROCEDIMIENTO PAR MEDIR LA VISCOSIDAD DEL ACEITE

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