Viscosidad y Densidad de Liquidos

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  • 8/12/2019 Viscosidad y Densidad de Liquidos

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    VISCOSIDADY DENSIDAD DE LIQUIDOS

    CONTENIDO.

    Pgina.

    I. Resumen................................................................................................................1

    II. Introduccin...........................................................................................................2

    III. Principios

    Tericos...................................................................................................................3

    IV. Tabla de datos y resultados.....................................................................................6

    V. Clculos...................................................................................................................7

    VI. Conclusiones y Recomendaciones........................................................................1

    VII. Cuestionario..........................................................................................................11

    VIII. !iblio"ra#$a...........................................................................................................1%

    I&. 'p(ndice...............................................................................................................1)

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    I.- Resumen.

    *a si"uiente prctica de *aboratorio de +isico,u$mica- tuo como ob/etio la

    determinacin de la Viscosidad- mediante el Viscos$metro de 0torner y la ensidad de

    *$,uidos mediante el Picnmetro.

    *a eperiencia se reali en la si"uientes condiciones4 Presin a 756 mm"- temperatura

    a 21 o C y umedad relatia de )28.

    9l Viscos$metro nos permiti medir el tiempo o n:mero de reoluciones de un (lice ,ue

    se introdu/o en una muestra de "licerina- ,ue se encontraba impulsada por pesas de

    alores ariables.

    *a prctica de iscosidad- se diidi en dos partes4 primero- se traba/ con una solucin

    patrn de "licerina- y lue"o con una solucin problema de "licerina.

    Con los datos obtenidos con la solucin patrn de "licerina- traamos la "r#ica ;

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    II.- Introu!!i"n.

    'l"unos l$,uidos- como la melaa y el aceite de motor- #luyen muy lentamente otros-

    como el a"ua y la "asolina- #luyen #cilmente. *a resistencia a #luir ,ue presenta unl$,uido es su iscosidad.

    Cuanto mayor es la iscosidad de un l$,uido- ms lentamente #luye. *a iscosidad puede

    medirse determinando el tiempo ,ue cierta cantidad del l$,uido tarda en #luir a tra(s de

    un tubo del"ado ba/o la in#luencia de la "raedad.

    *os l$,uidos ms iscosos tardan ms. *a iscosidad tambi(n puede determinarse

    midiendo la elocidad con ,ue es#eras de acero caen a tra(s del l$,uido. *as es#eras

    caen mas lentamente al aumentar la iscosidad.

    *a iscosidad tiene ,ue er con la #acilidad con ,ue mol(culas indiiduales del l$,uido

    pueden moerse unas respecto a otras por tanto- depende de las #ueras de atraccin

    entre las mol(culas y de la eistencia de caracter$sticas estructurales ,ue pudieran acer

    ,ue las mol(culas se enreden.

    *a iscosidad disminuye al aumentar la temperatura por,ue a temperaturas mas altas el

    aumento en la ener"$a cin(tica de las mol(culas ence mas #cilmente las #ueras de

    atraccin entre ellas.

    A2A

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    III.- Prin!i#ios Te"ri!os.

    $% Vis!osia-

    9s la propiedad de un #luido ,ue tiende a oponerse a su #lu/o cuando se le aplica una#uera. *os #luidos de alta iscosidad presentan una cierta resistencia a #luir los #luidos

    de ba/a iscosidad #luyen con #acilidad. *a #uera con la ,ue una capa de #luido en

    moimiento arrastra consi"o a las capas adyacentes de #luido determina su iscosidad-

    ,ue se mide con un recipiente >iscos$metro? ,ue tiene un ori#icio de tamaDo conocido en

    el #ondo. *a elocidad con la ,ue el #luido sale por el ori#icio es una medida de su

    iscosidad.

    &% '(u)os e (a !a#a (*mite .

    0e":n la teor$a molecular- cuando un #luido empiea a #luir ba/o la in#luencia de la

    "raedad- las mol(culas de las capas estacionarias del #luido deben cruar una #rontera o

    l$mite para entrar en la re"in de #lu/o. Ena e cruado el l$mite- estas mol(culas

    reciben ener"$a de las ,ue estn en moimiento y comienan a #luir. ebido a la ener"$a

    trans#erida- las mol(culas ,ue ya estaban en moimiento reducen su elocidad. 'l mismo

    tiempo- las mol(culas de la capa de #luido en moimiento cruan el l$mite en sentido

    opuesto y entran en las capas estacionarias- con lo ,ue transmiten un impulso a las

    mol(culas estacionarias. 9l resultado "lobal de este moimiento bidireccional de un lado

    al otro del l$mite es ,ue el #luido en moimiento reduce su elocidad- el #luido

    estacionario se pone en moimiento- y las capas en moimiento ad,uieren una elocidadmedia.

    Para acer ,ue una capa de #luido se manten"a moi(ndose a mayor elocidad ,ue otra

    capa es necesario aplicar una #uera continua. *a iscosidad en poises se de#ine como la

    ma"nitud de la #uera >medida en dinas por cent$metro cuadrado de super#icie? necesaria

    para mantener Fen situacin de e,uilibrioF una di#erencia de elocidad de 1 cm por

    se"undo entre capas separadas por 1 cm. *a iscosidad del a"ua a temperatura ambiente

    >2 GC? es de -1 poises en el punto de ebullicin >1 GC? disminuye asta -2%

    poises.

    +% E,e!tos e( !a(or .

    *a iscosidad de un #luido disminuye con la reduccin de densidad ,ue tiene lu"ar al

    aumentar la temperatura. 9n un #luido menos denso ay menos mol(culas por unidad de

    olumen ,ue puedan trans#erir impulso desde la capa en moimiento asta la capa

    A3A

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    estacionaria. 9sto- a su e- a#ecta a la elocidad de las distintas capas. 9l momento se

    trans#iere con ms di#icultad entre las capas- y la iscosidad disminuye. 9n al"unos

    l$,uidos- el aumento de la elocidad molecular compensa la reduccin de la densidad.

    *os aceites de silicona- por e/emplo- cambian muy poco su tendencia a #luir cuando

    cambia la temperatura- por lo ,ue son muy :tiles como lubricantes cuando una m,uina

    est sometida a "randes cambios de temperatura.

    % Vis!os*metro.

    Instrumento utiliado para medir la iscosidad de los l$,uidos. Consiste en una pe,ueDa

    asi/a en cuyo #ondo eiste un ori#icio calibrado y de tamaDo conocido- y en la ,ue se

    ierte un olumen conocido de l$,uido. 9l tiempo ,ue (ste emplea en #luir por el ori#icio

    es una medida de su iscosidad.

    *os l$,uidos no son per#ectamente #luidos sino iscosos- es decir- tienden a oponerse a su

    #lu/o cuando se les aplica una #uera. *a iscosidad iene determinada por la #uera con

    la ,ue una capa de #luido en moimiento arrastra consi"o a las capas adyacentes. Con el

    iscos$metro se mide la iscosidad relatia del l$,uido respecto a la del a"ua- ,ue se

    toma como unidad. *a iscosidad relatia es directamente proporcional a la densidad del

    l$,uido y al tiempo ,ue (ste tarda en #luir por el ori#icio- e inersamente proporcional al

    tiempo ,ue inierte en #luir el mismo olumen de a"ua. Como la temperatura in#luye

    muco en el alor de la iscosidad- las medidas deben realiarse a la misma temperatura.

    % Densia .

    Hasa de un cuerpo por unidad de olumen. 9n ocasiones se abla de densidad relatia

    ,ue es la relacin entre la densidad de un cuerpo y la densidad del a"ua a B GC- ,ue se

    toma como unidad. Como un cent$metro c:bico de a"ua a B GC tiene una masa de 1 "- la

    densidad relatia de la sustancia e,uiale num(ricamente a su densidad epresada en

    "ramos por cent$metro c:bico.

    *a densidad puede obtenerse de arias #ormas. Por e/emplo- para ob/etos macios de

    densidad mayor ,ue el a"ua- se determina primero su masa en una balana- y despu(s su

    olumen (ste se puede calcular a tra(s del clculo si el ob/eto tiene #orma "eom(trica-o sumer"i(ndolo en un recipiente calibrando- con a"ua- y iendo la di#erencia de altura

    ,ue alcana el l$,uido. *a densidad es el resultado de diidir la masa por el olumen.

    Para medir la densidad de l$,uidos se utilia el dens$metro- ,ue proporciona una lectura

    directa de la densidad.

    ABA

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    /% Dens*metro .

    Vidrio o instrumento de metal "raduado ,ue se utilia para medir la densidad de un

    l$,uido. 0e basa en el principio idrosttico del matemtico e inentor "rie"o

    'r,u$medes- ,ue establece ,ue cual,uier cuerpo sumer"ido en un l$,uido eperimenta

    un empu/e acia arriba i"ual a la masa del l$,uido desalo/ado. 9l dens$metro tiene unaparte in#erior en #orma de ampolla llena de plomo o mercurio y #lota por s$ mismo en la

    disolucin a medir. Cuando est sumer"ido- la arilla "raduada se elea erticalmente

    para dar una lectura de la escala. *os dens$metros deben calibrarse se":n el tipo de

    l$,uido ,ue ay ,ue analiar- y a una temperatura tipo- normalmente B GC o 2 GC.

    9isten distintos tipos de dens$metros ,ue miden la densidad y la purea de los

    acumuladores- de las calderas de los barcos- del suelo y de la lece.

    0% Pi!n"metro .

    'parato ,ue se utilia para determinar las densidades de distintas sustancias. Tambi(n se

    conoce como #rasco de densidades. Consiste en un pe,ueDo #rasco de idrio de cuello

    estreco- cerrado con un tapn esmerilado- ueco y ,ue termina por su parte superior en

    un tubo capilar con "raduaciones.

    Para llenar el picnmetro se ,uita el tapn esmerilado- ,ue est ueco o per#orado- se

    aDade la muestra con una probeta pe,ueDa y se tapa. 9l l$,uido subir por el interior del

    tapn asta el capilar. Puede ocurrir ,ue incluso rebose- en cuyo caso se secar$a

    cuidadosamente por #uera procurando ,ue el l$,uido llene totalmente el tapn o ,ue eleceso se pueda medir con el capilar. 's$ se determina el olumen de l$,uido contenido

    en el recipiente. 'l"unos picnmetros- menos precisos- no tienen tapn- sino un cuello

    lar"o a#orado en este caso- el picnmetro se llenar$a asta el enrase marcado en el cuello

    y de esta #orma se conocer$a el olumen del l$,uido.

    *a masa del l$,uido se determina por di#erencia entre la masa del picnmetro lleno y

    ac$o- y la densidad del l$,uido ser el cociente entre su masa y el olumen ,ue ocupa.

    A5A

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    IV.- Ta1(a e atos 2 Resu(taos.

    Condiciones en la ,ue se traba/o en laboratorio.

    P 3mm 4g% 756T 35C% 21

    4R )2 8

    I? Hedicin de la iscosidad de l$,uidos con el Viscos$metro 0tormer .

    a? Con la solucin patrn de "licerina.

    m 3g% t$3seg% t&3seg% t#romeio3seg%

    5 77 75 76

    75 56 56 56

    1 BB BB BB

    125 36 36 36

    15 32 32 22

    b? Con la solucin problema de "licerina.

    m 3g% t$3seg% t&3seg% t#romeio3seg%

    1 2 1) 1)-5

    15 1B 1B 1B

    II? eterminacin de la densidad de la "licerina mediante el m(todo del Picnmetro .

    J1 @ %-%5)) ".

    J2 @ 1)-2B6 ".

    J3 @ %-%61 ".

    JB @ 21-5157 ".

    A6A

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    V.- C(!u(os.

    a? Con los datos tericos de la ; en cp de la muestra patrn trace una "r#ica de ;

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    Como4 m @ =........>1? y b @ A=.a............>2?

    Reemplaando los alores de m y b obtenidos- en >1? y >2?- se tiene ,ue4

    = @ -321

    a @ 1-6BB

    b? Esando la ecuacin >5? determine la ; >cp? de la solucin problema.

    Para m @ 1 ". y t @ 1)-5 se".

    ; >cp? @ m = >t Ka?

    ; >cp? @ 32-3B cp

    Para m @ 15 ". y t @ 1B se".

    ; >cp? @ m = >t Ka?

    ; >cp? @ 1%)-55%1 cp

    c? Calcule la densidad de la muestra patrn con los datos obtenidos con el m(todo del

    Picnmetro- aciendo uso de las si"uientes ecuacin.

    Le @ JB A J3 J2 A J1.....................................>M?

    Reemplaando4

    J1 @ 2-27%3 ".

    J2 @ BB-B7)1 ".

    J3 @ 2-2% ".

    JB @ 5-6217 ".

    9n >M?- se tiene ,ue4

    Le @ 1-253

    A%A

    +inalmente4

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    N2"licerol @ Le N2

    a"ua - N2

    a"ua @ -))%23B3 "

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    *a Viscosidad ar$a en #orma inersamente proporcional a la temperatura.

    *a iscosidad de un l$,uido depende del tamaDo- la #orma y la naturalea ,u$mica de

    sus mol(culas.

    Para los l$,uidos de la misma clase- al aumentar al peso molecular- aumenta tambi(n

    la iscosidad.

    *as #ueras de coesin en los l$,uidos son la causa de ,ue eista una resistencia al

    moimiento de unas mol(culas con respecto a otras.

    *a "licerina es una sustancia bastante iscosa- y por ello la ener"$a de actiacin de

    sus mol(culas debe ser bastante eleada.

    Poseer un cronmetro adecuado para determinar el tiempo eacto de escurrimiento.

    0e recomienda ,ue dentro del laboratorio- cada alumno ten"a un cuaderno de

    *aboratorio especial para el curso- para as$ poder anotar todos los resultados

    obtenidos durante la practica- para posteriormente realiar los clculos respectios.

    urante la practica- #i/arse detalladamente las condiciones en las ,ue se esta

    traba/ando- es decir- #i/arse la presin en el barmetro- temperatura en el termmetro-

    etc.

    Etiliar asos termoAaislantes para poder medir el niel del l$,uido en el

    Viscos$metro sin tener ,ue retirar el sistema de la temperatura ,ue estamos

    considerando.

    Tener cuidado al manipular el Viscos$metro de 0tormer pues cual,uier obstruccin

    en el descenso de las pesas alterara la elocidad de ca$da y por lo tanto el resultado.

    Reisar constantemente la temperatura- ya ,ue (sta no debe su#rir ariacin mayor.

    A1

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    VII.- Cuestionario.

    1? 9pli,ue el si"ni#icado del coe#iciente de epansin t(rmica.

    *a dependencia del olumen de un slido o l$,uido con la temperatura a presin

    constante puede epresarse por la ecuacin4

    V @ V0(1 O t?

    onde tes la temperatura celsius- V0 es el olumen del slido o li,uido a GC y es el

    coe#iciente de epansin t(rmica.

    9l alor de es casi el mismo para todos los "ases- mientras ,ue para cada l$,uido oslido- tiene su alor propio. Cual,uier sustancia particular tiene alores di#erentes de

    en el estado l$,uido y en el slido.

    9l alor de es constante en interalos limitados de temperatura. 0i los datos deben

    representarse con precisin en un amplio interalo de temperatura- es necesario emplear

    una ecuacin con potencias mayores de t4

    V @ V0 >1 O at O bt2 + ...........)

    onde a y b son constantes. Para "ases y slidos- es siempre positio- mientras ,ue

    para l$,uidos es "eneralmente positio. ay al"unos l$,uidos para los cuales es

    ne"atio en un interalo pe,ueDo de temperatura. Por e/emplo- entre y BGC- el a"ua

    tiene un alor ne"atio de . 9n este pe,ueDo interalo de temperatura- el olumen

    espec$#ico del a"ua disminuye al aumentar la temperatura.

    2? 9pli,ue al"unos m(todos anal$ticos y

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    un li,uido con esta ecuacin no siempre es necesario medir todas las cantidades

    indicadas una e ,ue la iscosidad de un l$,uido de re#erencia- "eneralmente a"ua- se

    conoce con eactitud. 0i se mide el tiempo de #lu/o del mismo olumen de dos l$,uidos

    di#erentes a tra(s del mismo capilar - de acuerdo con la ecuacin de poiseuille- la

    relacin de los coe#icientes de iscosidad de los dos l$,uidos ser4

    1 P1rBt1

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    Viscos$metro de tubo capilar.

    etermina el tiempo re,uerido para ,ue un olumen dado de un l$,uido escurra- a tra(s

    de un capilar. 9ste se denomina iscos$metro de QstJald o de Ebbelode.

    Viscos$metro rotatorio.

    Hide las #ueras de ciallamiento >#uera tan"encial por unidad de super#icie? en el seno

    de un l$,uido situado entre dos cilindros coaiales de radios Ray R!- uno de los cuales

    se muee por un motor- mientras ,ue el otro se deslia debido a la rotacin del primero.

    9ste se denomina iscos$metro de !roo=#ield- de rotoisco o de 0tormer.

    Viscos$metro de QstJald.

    *lenar el tubo con la cantidad eacta de l$,uido especi#icada por el #abricante >a/ustado

    a 2- -1GC?. '/ustar el menisco de la columna de l$,uido en el tubo capilar al niel

    de la l$nea "raduada superior con la ayuda de presin o succin. 'brir el tubo de llenado

    y el tubo capilar para ,ue el l$,uido escurra contra la presin atmos#(rica. SQT'4 una

    #alla al abrir cual,uiera de estos tubos producir alores errneosU. Re"istrar el tiempo

    necesario- en se"undos- mediante un cronmetro para ,ue el l$,uido escurra de la marca

    superior a la marca in#erior en el tubo capilar.

    Viscos$metro de Ebbelode.

    Colocar una cantidad de l$,uido en el tubo de llenado >a/ustado a 2- -1GC? y

    trans#erirlo al tubo capilar mediante succin suae eitando la #ormacin de burbu/as en

    el l$,uido- manteniendo el tubo de aire cerrado. '/ustar el menisco de la columna de

    l$,uido en el tubo capilar al niel de la l$nea "raduada superior. 'brir el tubo de aire y el

    tubo capilar para permitir ,ue el l$,uido escurra contra la presin atmos#(rica. SQT'4

    una #alla al abrir el tubo de aire antes ,ue el tubo capilar producir alores errneosU.Re"istrar el tiempo necesario- en se"undos- mediante un cronmetro para ,ue el l$,uido

    escurra de la marca superior a la marca in#erior en el tubo capilar.

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    A13A

    C(!u(os.

    Calcular la constante del iscos$metro- =- mediante la #rmula si"uiente4

    @ er 16. eterminacin de la densidad

    relatia? y t es el tiempo- en se"undos- para ,ue el l$,uido escurra de la marca superior a

    la marca in#erior.

    SQT'4 cuando un iscos$metro se repara- debe calibrarse nueamente. ':n las

    reparaciones menores causan- #recuentemente- cambios si"ni#icatios en el alor de su

    constante- =U.

    eterminacin de la iscosidad mediante el Viscos$metro de Tubo Capilar.

    *a determinacin de la iscosidad se e#ect:a a una temperatura de 2- -1GC- a

    menos ,ue se especi#i,ue de otro modo en la mono"ra#$a correspondiente.

    9l ensayo no es lido si dos lecturas consecutias di#ieren ms de 18. *a media de tres

    lecturas- como m$nimo- da el tiempo de ertido del l$,uido desconocido.

    0e calcula la iscosidad absoluta- - en centipoise- mediante la #rmula si"uiente4

    @ =dt

    en la cual = es la constante del aparato- d es la densidad del l$,uido desconocido y t es el

    tiempo de escurrimiento del l$,uido desconocido.

    Procedimiento >er +i"ura? A *lenar el iscos$metro por el tubo *- con una cantidad

    su#iciente del l$,uido desconocido a 2GC- a menos ,ue se especi#i,ue de otro modo en

    la mono"ra#$a correspondiente- para llenar el bulbo '. 'se"urar ,ue el niel del l$,uido

    en el bulbo !- est por deba/o del ori#icio de entilacin del tubo H. 0umer"ir el

    iscos$metro en un baDo de a"ua a 2- -1GC- a menos ,ue se especi#i,ue de otro

    modo en la mono"ra#$a correspondiente. Hantenerlo en posicin ertical y de/ar reposar

    durante 3 minutos para establecer el e,uilibrio t(rmico. Cerrar el tubo H- y elear elniel del l$,uido en el tubo - asta ,ue se sit:e a % mm aproimadamente por encima

    de la marca 9. Hantener el l$,uido en este niel- cerrando el tubo - y abriendo el tubo

    H. 'brir el tubo - y medir mediante un cronmetro- con una aproimacin de 1

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    A1BA

    eterminacin de la iscosidad mediante el Viscos$metro Rotatorio.

    *a determinacin de la iscosidad se e#ect:a a una temperatura de 2- -1GC- a

    menos ,ue se especi#i,ue de otro modo en la mono"ra#$a correspondiente. Hucas

    sustancias presentan iscosidad ariable se":n est(n en reposo o en moimiento y la

    mayor$a de ellas son menos resistentes al #lu/o a elocidades altas. 9n dicos casos- enla mono"ra#$a correspondiente se indica el iscos$metro a emplear y la elocidad

    an"ular a la ,ue debe determinarse la iscosidad.

    *a determinacin de la iscosidad absoluta se calcula mediante la #rmula si"uiente4

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    A15A

    en la cual representa la altura de inmersin del cilindro ,ue se deslia en el medi

    l$,uido- R' y R! representan los radios de los cilindros siendo R' menor ,ue R!-

    representa la elocidad an"ular y H representa el n"ulo de desiacin del cilindro

    ,ue se deslia. 0i se determina la constante- =- del aparato la n se calcula mediante lasi"uiente #rmula simpli#icada4

    3? 9pli,ue (l calculo de la iscosidad de pol$meros.

    *a presencia de un pol$mero en un disolente suele dar como resultado un aumento

    "rande de la iscosidad de la solucin aun a ba/as concentraciones. 9ste e#ecto depende

    #uertemente de la concentracin y del disolente. 9n un disolente pobre- la mol(cula

    de cadena lar"a se encuentra enrollada en su mayor parte en un buen disolente- la

    mol(cula puede encontrarse desenrollada y alar"ada. 'mbas con#i"uraciones producen

    cambios "randes en la iscosidad de la solucin. ' medida ,ue aumenta la masa molar-

    el e#ecto de iscosidad aumenta. *a medicin de la iscosidad es ,ui la #orma ms

    simple de obtener un alor para la masa molar de una macromol(cula.

    *a iscosidad de una solucin y la del disolente puro se miden en un iscos$metro

    capilar de precisin. *a iscosidad espec$#ica- e-se de#ine como4

    ; @ ;solucin A ;disolente @ ;r A 1

    ;disolente

    en la ,ue la iscosidad relatia- ;r- es la relacin entre la iscosidad de la solucin y la

    iscosidad del disolente puro. *a iscosidad espec$#ica es la contribucin relatia del

    pol$mero a la iscosidad de la solucin.

    0i diidimos ;eentre la concentracin del pol$mero- cJ- obtenemos una cantidad ,ueaumenta con la concentracin. *as mediciones de ; se realian como una #uncin de la

    concentracin y se "ra#ica ;e

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    ;e @ S;U O bcJ cJ

    9n la ,ue b es una constante. 9mp$ricamente se encuentra ,ue la iscosidad intr$nseca

    depende de la masa molar se":n la #rmula4

    S;U @ KMa

    eterminamos los alores de las constantes emp$ricas K y a- "ra#icando lo"1 S;U en

    #uncin de lo"1M para un par pol$meroAdisolente dado- usando mediciones de

    #racciones conocidas deM. Cuando conocemosK y apara el par pol$mero K disolente-

    podemos determinar con #acilidad la masa molar de cual,uier muestra de pol$mero a

    partir del alor medido de la iscosidad intr$nseca. *a unidad utiliada com:nmente

    para cJen estas ecuaciones es "

  • 8/12/2019 Viscosidad y Densidad de Liquidos

    19/21

    A17A

    VIII.- :i1(iogra,*a.

    +isico,u$mica. LI*!9RT X. C'0T9**'.

    9nciclopedia 9ncarta 23. HICRQ0Q+T.

    Yu$mica *a Ciencia Central. !RQX *9 H'Z !ER0T9.

    Cemical 9n"ineers[ and!oo=. RQ!9RT . P9RRZ