INFORME No. 1 VISCOSIMETRIA.docx

INFORME PRACTICA Nº1

VISCOSIMETRIA

Trabajo Académico

OMAR MORA

Docente.

Carolina Ruiz López

Laura Waltero Pulido

UNIVERSIDAD DE AMÉRICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERA QUÍMICA

FISICOQUÍMICA EXPERIMENTAL

BOGOTÁ D.C. 21 DE MARZO DE 2012

OBJETIVOS

Objetivo General

De manera empírica indagar el concepto de viscosidad

Objetivos Específicos

Determinar la influencia de la temperatura con la viscosidad

Analizar el comportamiento y las características de un fluido

Conocer y comprender la relación entre la densidad, la viscosidad y la temperatura de una sustancia liquida.

PROCEDIMIENTO

RESULTADOS, TABLAS Y GRAFICAS

Tabla No. 1 Tiempos de caída del agua

Temperatura (K)

1 2 3 4 5 Tiempo promedio

(s)303.15 123 122.244 122.31 121.146 120.948 121.93308.15 92.946 91.47 90.966 91.614 91.536 91.706313.15 88.926 86.25 85.956 85.872 85.272 86.4552318.15 84.126 82.122 81.468 81.678 - 82.3485

Tabla No. 2 Tiempos de caída aceite

Temperatura (K)

1 2 3 4 5 Tiempo promedio

(s)303.15 23.55 24.21 24.17 23.84 23.77 23.90308.15 20.61 19.77 19.47 19.25 19.30 19.68313.15 17.67 17.09 16.62 16.51 16.38 16.35318.15 15.06 14.62 14.18 14.16 13.95 14.39

Tabla No.3 Densidades agua y aceite

Sustancia Valor teórico Valor real Error relativoAgua destilada 0.9852 1 1.48%

Aceite de manzanilla

0.85 0.86 1%

Tabla No.4 Viscosidad Cinemática del agua

Temperatura (K)

Constante Factor de corrección

(s)

Viscosidad Cinemática

(mm2/s)

ViscosidadCinemática (cm2/s)

µ (g/cm*s)

303.15 0.008 0.5146 0.9713 0.009713 0.009569

308.15 0.008 0.9028 0.7264 0.007264 0.007157313.15 0.008 1.037 0.6833 0.006833 0.006732318.15 0.008 1.096 0.65 0.0065 0.006404

Tabla No.5 Viscosidad Cinemática del aceite

Temperatura (K)

Constante Viscosidad Cinemática

(mm2/s)

ViscosidadCinemática

(cm2/s)

µ (g/cm*s)

303.15 1.1 26.29 0.2629 0.2285308.15 1.1 21.648 0.21648 0.18401313.15 1.1 18.535 0.18535 0.1575318.15 1.1 15.829 0.15829 0.1345

Tabla No.6 Viscosidad Dinámica Agua y Aceite

Temperatura (K)

Viscosidad dinámica AGUA µ (g/cm*s)

Viscosidad dinámica ACEITE µ (g/cm*s)

303.15 0.009569 0.2285

308.15 0.007157 0.18401

313.15 0.006732 0.1575

318.15 0.006404 0.1345

Tabla No.7 Factores de Corrección

Tiempo Factor de Corrección80 1,1890 0,93

100 0,76110 0,63120 0,53

Tabla No.8 Ln µ y 1/T para el agua

1/T Ln µ

0.003298 -4.64920.003245 -4.93960.003193 -5.00080.003143 -5.0508

Tabla No. 9 Ln µ y 1/T para el aceite

1/T Ln µ0.003298 -1.49830.003245 -1.69270.003193 -1.84830.003143 -2.0061

Tabla No. 10 Energía de Viscosidad del agua

0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-5.1

-5

-4.9

-4.8

-4.7

-4.6

-4.5

-4.4

f(x) = 7.90084774417169 ln(x) + 40.4298053439067R² = 0.829965505356042

Lnµ vs 1/T para Agua

Lnµ vs 1/T para Agua

Logarithmic (Lnµ vs 1/T para Agua)

0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

f(x) = 10.4585610433229 ln(x) + 58.2562814101905R² = 0.997465706856689

Ln µ Vs 1/T para aceite

Ln µ y 1/T para aceiteLogarithmic (Ln µ y 1/T para aceite)

Ln A A R (Kj/molK) T(K) Ln µ ΔEvis(KJ/

mol)-5.1172 0.005992 0.008314 303.15 -4.6492 1.1795-5.1172 0.005992 0.008314 308.15 -4.9396 0.4550-5.1172 0.005992 0.008314 313.15 -5.0008 0.3030-5.1172 0.005992 0.008314 318.15 -5.0508 0.1756

Tabla No. 11 Energía de Viscosidad del aceite

Ln A A R (Kj/molK) T(K) Ln µ ΔEvis(KJ/

mol)-5.5699 0.003811 0.008314 303.15 -1.4983 10.2620-5.5699 0.003811 0.008314 308.15 -1.6927 9.9332-5.5699 0.003811 0.008314 313.15 -1.8483 9.6892-5.5699 0.003811 0.008314 318.15 -2.0061 9.7680

Tabla No. 12 Energía de vaporización para el agua

ΔEvap(KJ/mol) R T ΔHvap (KJ/mol)

38.1056 0.008314 303.15 40.62638.0640 0.008314 308.15 40.62638.0224 0.008314 313.15 40.62638.0055 0.008314 318.15 40.626

CÁLCULOS

Fórmula 1. Determinación de la viscosidad

Viscosidad cinemática: agua destiladaV=kte∗( t−σ )

30°CV=0.008∗(126.89−0.5146 )=0.9713 35°CV=0.008∗(91.766−0.9028 )=0.726 4 40°CV=0.008∗(86.4552−1.037 )=0.6833 45°CV=0.008∗(82.3485−1.096 )=0.65

Aceite de manzanilla V=kte∗(t−σ )

30°CV=1.1∗(23.90 )=26.2935°CV=1.1∗(19.68 )=21.64840°CV=1.1∗(16.85 )=18.53545°CV=1.1∗(14.39 )=15.829

Viscosidad dinámica: agua destila µ= V xρ

30°C

µ= 0.009713 cm/s x 0.9852 g/ml=0.009569g/cm. s

35°C

µ= 0.007264 cm/s x 0.9852 g/ml=0.007157g/cm. s

40°C

µ= 0.006833 cm/s x 0.9852 g/ml=0.006732g/cm. s

45°C

µ= 0.0065cm/s x 0.9852 g/ml=0.006404g/cm. s

Aceite de manzanilla

30°C

µ=0.2629 cm/s x 0.85 g/ ml = 0.2235 g/cm.s

35°C

µ=0.21648 cm/s x 0.85 g/ ml = 0.18401 g/cm.s

40°C

µ=0.18535cm/s x 0.85 g/ ml = 0.1575 g/cm.s

45°C

µ=0.15829 cm/s x 0.85 g/ ml = 0.1345 g/cm.s

Fórmula 2. Determinación: ΔΕvis

μ=A e[ ΔE vis

RT ]

lnµA

=ln e[ ΔEvisRT ]

ΔEvis=RT ( lnµ−LnA)

Agua destilada: 30 °C 0 = 7.9008ln(A) + 40.43

LnA=40.43

−7.9008=¿-5.1172

A=e−5,1172

A=¿0.005992

∆ Eviscos=8,314∗10−3 KJmol K

∗303,15K∗(−4.6492−(−5,1172))

∆ Eviscos=1.1795 KJmol

35°C


∗308 ,15K∗(−4.9396−(−5,1172))


40°C


∗313 ,15K∗(−5.0008−(−5,1172))


45°C


∗318,15K∗(−5.0508−(−5,1172))


Aceite: 30°C

0=10.459 ln (A)+58.256

ln A= 58.256−10.459

=−5.5699

A=e−5 .5699

A=0 .3811


∗303,15K∗(−1.4983−(−5.5699))


35°C


∗308,15K∗(−1.6927−(−5.5699))


40°C


∗313,15K∗(−1.8483−(−5.5699))


45°C


∗318,15K∗(−2.0061−(−5.5699))


Fórmula 3. Determinación: ΔΕvap

Agua destilada 30 °C:∆ H vap=40,626kJ /mol

ΔΕvap=ΔH vap−RT

∆ Evap=40,626 kJ /mol−(8,314 x 10−3 KJ /mol x303,15K )

∆ Evap=38,1056 KJmol

.

35°C


∆ Evap=38.0640 KJmol

.

40°C


∆ Evap=38.0224 KJmol

.

45°C


∆ Evap=¿.38.0055KJmol

.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la viscosidad de las sustancias estimadas? ¿Cómo las calculó?

Las viscosidades estimadas de las sustancias se encuentra en los numerales anteriores donde por medio de tablas, graficas y ecuaciones, se muestra detalladamente cómo se llego a las respuestas planteadas allí.

2. ¿Qué es viscosidad absoluta? ¿Cuáles son sus unidades?La viscosidad absoluta es una 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. La Viscosidad Absoluta suele denotarse a través de la letra griega μ. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.

3. ¿Qué es viscosidad relativa? ¿Cuáles son sus unidades?

Se dice por viscosidad relativa que es el cociente que se obtiene

comparando la viscosidad h1 de un líquido con la viscosidad h2 de otro

líquido expresado en número absoluto.

h1= h2 * δ 1∗t 2δ 2∗t 2

Dónde:δ = Densidad del líquidot= Tiempo de escurrimiento

Rotor

Cilindro Fijo

Portapesas

Tacómetro

PlataformaMóvil

h2= es una viscosidad de un líquido conocido por ej. 0.01 poise (agua)h1= viscosidad del líquido problema

4. ¿Qué es viscosidad cinemática? ¿Cuáles son sus unidades?La Viscosidad Cinemática es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de un fluido. Esta suele denotarse como υ, por lo cual υ = μ/ρ. 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.

5. Mencione aplicaciones industriales de la viscosidad.La viscosidad es un parámetro importante en los aceites lubricantes y según la aplicación debe tener la viscosidad adecuada.La viscosidad de un producto es afectada por la temperatura, a mayor temperatura menor viscosidadPor ejemplo la lubricación de una zona muy caliente de una máquina, necesita un aceite de alta viscosidad, dado que la temperatura al bajar la viscosidad no deja de lubricar. En cambio utilizando un aceite de baja viscosidad, con el aumento de la temperatura se puede llegar al rompimiento de la película de aceite y la consecuente soldadura de las partes que rozan.En cambio para lubricar una máquina muy fría, se debe utilizar un aceite de baja viscosidad. Por la misma razón si se usa uno de alta viscosidad, con el frío aumenta y puede llegar a generar mucho trabajo para efectuar el movimiento.

6. Muestre los diferentes y más conocidos viscosímetros

Figura 1. Viscosímetro Stormer

Figura 2. Viscosímetro Saybolt

Figura 3. Viscosímetro Ostwald

7. ¿Cuál es el comportamiento de la viscosidad frente a la temperatura para los líquidos?, ¿para los gases? Muéstrelo en graficas

Existen muchos factores que afectan considerablemente el valor de la viscosidad en una sustancia, los cuales son: temperatura, presión, humedad, luz, entre otras. Pero en este caso nos enfocaremos a la temperatura que es el factor que más afecta en la medición de esta propiedad y que se debe controlar para tener valores de viscosidad muy similares del producto de interés. Tener más caliente o menos caliente una solución es sumamente importante ya que en base a eso se pueden llegar a tomar decisiones en las que se puede ganar o perder mucho dinero.

Particularmente una sustancia debe tener cierto valor de viscosidad que esté dentro de un rango permisible de tal manera que se haga factible para su determinado uso. Cabe resaltar que existen muchas maneras de controlar la temperatura a cualquier valor que se requiera.

Los gases, a diferencia de los líquidos, aumentan su viscosidad con la temperatura. Esto se debe principalmente a que la temperatura (que no es otra cosa que el valor de la energía cinética promedio molecular) hace que la agitación de las moléculas aumente y rocen con más vigor a los objetos que intentan moverse en ese fluido gaseoso. La viscosidad de un gas en general es proporcional a la raíz cuadrada de su temperatura absoluta (medida en Kelvin) Esto se dedujo empíricamente. Igualmente, un aumento de presión hace aumentar la viscosidad de los gases.

Comportamiento de la viscosidad en los líquidos.

Comportamiento de la viscosidad en un gas

8. ¿Qué es la reología, fluido Newtoniano y uno no Newtoniano?

La Reología es la ciencia del flujo que estudia la deformación de un cuerpo

sometido a esfuerzos externos .Su estudio es esencial en muchas

industrias, incluyendo las de plásticos, pinturas, alimentación, tintas de

impresión, detergentes o aceites lubricantes, por ejemplo.

Algunas aplicaciones importantes de la reologia son:

Control de calidad de los alimentos: este control se realiza en la

propia línea de producción. Es determinante para la aceptación de

productos como patatas fritas, cereales, quesos, aperitivos, yogures,

dulces, chocolates, cremas, etc.

Estudio de la textura y consistencia de productos alimenticios: dichas

propiedades son muy importantes a la hora de que un producto sea

del agrado del consumidor.

Producción de pegamentos: el estudio de su plasticidad, de la forma

de fluir dentro del recipiente que lo contiene, etc.

Producción de pinturas: una pintura debe ser esparcida de forma

fácil pero sin que escurra.

Producción de productos cosméticos y de higiene corporal: la

duración de una laca sobre el pelo, la distribución de la pasta de

dientes por toda la boca, la forma de cómo se esparce una crema,

etc. Todas estas características se estudian con la reología para

obtener la mayor eficacia del producto.

Producción de medicamentos: se estudia su estabilidad química, su

tiempo de caducidad y su facilidad de extrusión, entre otras.

Caracterización de elastómeros y de polímeros tipo PVC.

Estabilidad de emulsiones y suspensiones.

Caracterización de gasolinas y otros tipos de hidrocarburos.

Caracterización de metales (en situaciones de elevada temperatura),

y de cristales líquidos.

Control de sustancias que sean transportadas a lo largo de un

recipiente cilíndrico (para evitar la reopexia).

Estudio del magma en vulcanología: cuanto más fluido sea el magma

más tendencia va a tener el volcán a que provoque una erupción.

Fluido Newtoniano: Un fluido Newtoniano, también llamado fluido verdadero es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es proporcional directamente al esfuerzo aplicado.

Dicho de otra forma: si se aplica un esfuerzo tangencial a un fluido newtoniano, este se pondrá en movimiento sin importar cuán pequeño sea el esfuerzo tangencial y se generará una cierta distribución de velocidad en el fluido. Ese esfuerzo tangencial y el gradiente de velocidad que se produce serán

directamente proporcionales, a la constante de proporcionalidad se la define como viscosidad.

Los fluidos más comunes tales como el agua, el aire y la gasolina son newtonianos en condiciones normales.

Fluido NO Newtoniano: Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos. Estrictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. Por lo común, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo. El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo.

CONCLUSIONES

Se determinó la viscosidad dinámica y cinemática de algunos fluidos newtonianos como el agua y el aceite de manzanilla.

Las diferencias entre la viscosidad cinemateca y la viscosidad dinámica es que la primera depende de la constante de Richwert y del factor de corrección mientras que la segunda depende de densidad y de su viscosidad cinemática.

La viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura, al aumentar la temperatura la viscosidad disminuye.

La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye. En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reducción de la densidad.

Se identificó la relación entre los capilares y sus respectivas constantes con respecto a la fluidez de un líquido. Logrando cuantificar el tiempo requerido para el descenso de una sustancia de un menisco a otro.

Los gases y los líquidos ligeros se aproximan a los fluidos Newtonianos, mientras que los líquidos pesados y los gases en cercanías de sus puntos críticos son no Newtonianos.

Los líquidos que tienen moléculas grandes y de formas irregulares son generalmente más viscosos que los que tienen moléculas pequeñas y simétricas.

BIBLIOGRAFÍA

DILLARD, Clyde R. Química: reacciones, Estructuras, Propiedades. Santafé de Bogotá: Editorial Fondo Educativo Interamericano S.A., 1977. Pág. 414-416.

CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoquímica, segunda edición en español. Colombia: EditoralAddison-Wesley Iberoamericana, 1987. Pág. 95, 800-801.

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

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