Viscosidad de líquidos (Informe de Fisicoquímica)

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA
CURSO: FISICOQUÍMICA I
INFORME N° 4: VISCOSIDAD DE LÍQUIDOS
INTEGRANTES:
APELLIDOS Y NOMBRE CÓDIGO
Custodio Jaimes, Rosa María 20181002
Girón Martínez, Ana Isabel 20170096
Melendez Huanca, Melany 20171110
Rojas Espinoza, José Miguel 20181022
Profesora: Flora Elsa Huamán Paredes
Horario: Martes 2:00 a 4:00 pm
Grupo: G*
1. INTRODUCCIÓN
La viscosidad es una propiedad física de los líquidos que se refiere a su capacidad
para resistir el flujo. En términos simples, se puede pensar en la viscosidad como la
"pegajosidad" de un líquido. Un líquido con alta viscosidad es espeso y fluye
lentamente, mientras que un líquido con baja viscosidad es más delgado y fluye más
fácilmente.
Para medir la viscosidad de los líquidos existen diversos métodos, entre los que se
encuentran el viscosímetro de Ostwald y el viscosímetro de cilindro rotatorio, que
fueron los utilizados en esta práctica.. Ambos métodos se basan en la medición de la
fuerza de fricción que actúa sobre un objeto en movimiento dentro del líquido, y a
partir de ello, se calcula la viscosidad del líquido.
Es importante tener en cuenta que la elección del método adecuado dependerá de
diversos factores, como la naturaleza del líquido a medir, la precisión requerida y la
disponibilidad de los equipos necesarios. Además de los métodos mencionados,
también existen otros dispositivos y técnicas para medir la viscosidad de los líquidos,
como el viscosímetro capilar y el método de la bola de Hagen-Poiseuille.
En resumen, la medición de la viscosidad es fundamental en diversos campos de la
ciencia y la ingeniería, y se pueden utilizar diferentes métodos para llevarla a cabo.
La elección del método adecuado dependerá de las características del líquido y del
contexto en el que se esté trabajando.
2. OBJETIVOS
● Determinar la viscosidad de una solución de sacarosa 0.3 M mediante el
método de Ostwald.
● Determinar la viscosidad de un líquido comercial y su relación con el tiempo y
RPM en un viscosímetro de Brookfield.
3. MARCO TEÓRICO
En general, la velocidad de flujo de un líquido está determinado por su viscosidad,
Se llama viscosidad a la resistencia que experimenta una capa de líquido para
arrastrar tras de sí a otra capa. Las fuerzas de cohesión en los líquidos son la causa
de que exista esa resistencia al movimiento de unas moléculas con respecto a otras.
La viscosidad depende de la temperatura, presión y composición del líquido.
Se puede expresar en:
● Viscosidad absoluta (η) es la fuerza por unidad de área necesaria para
mantener una gradiente de velocidad entre dos planos separados por una
distancia unitaria. Se expresa en poises (g/cm.s)
● Viscosidad cinemática (Ω), Es la viscosidad absoluta dividida entre la
densidad del líquido. Se expresa en stokes (cm 2 /s)..
● Fluidez (ε), Se define como la inversa de la viscosidad absoluta. Se expresa
en rhes (cm.s /g).
● Viscosidad relativa ( ), Se define como la relación entre la viscosidad de laη
𝑟𝑒𝑙
solución y la del solvente.
El instrumento para medir viscosidades recibe el nombre de viscosímetro y el
método más usual es el del tubo capilar.
La elección de un viscosímetro y del método de determinación de la viscosidad de
un líquido, depende del estado en que se encuentre dicho sistema, como se
menciono anteriormente.
● Para líquidos poco viscosos se emplean los viscosímetros de Ostwald (con
capilar).
- La determinación de la viscosidad utilizando el viscosímetro
Ostwald, El método consiste en medir el tiempo requerido, para que
un volumen dado de un líquido escurra por un tubo capilar (del aforo
superior al aforo inferior de acuerdo a la figura 1) por acción de la
gravedad, de dimensiones definidas y bajo una diferencia de presión
conocida
Fig 1. Viscosímetro Oswald.
● Viscosímetro de Brookfield: Es un elemento de medición que se rige por el
principio de la viscosimetría rotacional, esto es, arroja resultados al momento
de aplicar una velocidad de giro constante sobre agujas a varias
temperaturas; los resultados son obtenidos gracias a la resistencia del
elemento inmerso (la aguja) al giro aplicado. Es utilizado para el estudio e
identificación del comportamiento de fluidos no newtonianos. Cabe señalar
que la aguja es intercambiable, por lo que puede emplearse para fluidos en
un rango de viscosidad desde 100 cP hasta 8×10⁶ cP (InterLab s.a, 2020).
Fig 2. Viscosímetro de Brookfield
● Viscosímetro de caída de bolas (Método de Stokes), se basa en la medida
del tiempo que tarda en caer un cuerpo esférico a través de un líquido
cuya viscosidad se quiere determinar. Al soltar la partícula esférica, si
la densidad de la partícula es mayor que la del fluido, ésta caerá por
acción de su propio peso. En el seno del fluido viscoso la esfera estará
sujeta a la acción de la fuerza peso (P), el empuje (E) y fuerza de
rozamiento (Fr)
Fig 3. Representación esquemática de la esfera en el seno del fluido. (b)
Diagrama de cuerpo libre donde se representan las fuerzas que actúan sobre
la esfera
η =
2𝑟
𝑝
2𝑔(δ
𝑝
−δ
𝐿
)
9𝑉
𝑙𝑖𝑚
𝑉
𝑙𝑖𝑚
= 𝑒𝑡
● Consistómetro Bostwick: Se utiliza para determinar las propiedades de flujo
de sustancias fluidas viscosas y se determina en un proceso de comparación
física el recorrido de flujo en un tiempo determinado de un líquido que se
extiende o de un material pastoso. Este procedimiento de medición empleado
con el consistómetro Bostwick también se conoce como test de Bostwick. El
consistometro se compone de una bandeja dividida mediante una corredera
vertical en dos cámaras de tamaño diferente. La cámara más pequeña del
consistómetro Bostwick sirve para la recepción de una sustancia de muestra.
La cámara más grande se encuentra sobre el suelo y está equipada con un
escalamiento de ruta grabado. Una vez llena la muestra y abierta la
corredera con el consistometro Bostwick ZXCON se determina la distancia
que la sustancia cubre en un determinado periodo de tiempo en el fondo
escalado de la bandeja. Para alcanzar elevada precisión de repetición y
valores comparables, es absolutamente necesario durante la realización de
la prueba una alineación absolutamente horizontal del consistómetro (PCE
Instrimenst, s.f)
Fig 4. Consistómetro Bostwick.
● La ley a la cual obedece el fenómeno de escurrimiento de un líquido a través
de un tubo capilar fue descubierta en 1841 por Poiseuille, médico francés, al
estudiar el flujo de los líquidos a través de tubos capilares que representaban
los vasos sanguíneos, y se expresa por la siguiente ecuación:
η = π𝑝𝑟
4𝑡
8𝑉𝐼
Donde:
p = presión hidrostática sobre el líquido (proporcional a su densidad).
t = tiempo de flujo en segundos
r = radio del capilar en centímetros
l = longitud del capilar en centímetros
V = volumen del líquido en centímetros cúbicos
Para obtener la viscosidad relativa de una sustancia a una temperatura al mismo
volumen de agua en el viscosímetro a 25ºC, como líquido de referencia se utiliza
corrientemente agua a 25ºC. Dado que en un viscosímetro de este tipo la presión del
líquido es proporcional a su densidad y los términos r, V y l de la ecuación son los
mismos para los dos líquidos, la relación de viscosidad vendrá dada por la siguiente
ecuación:
η
1
η
2
=
ρ
1
η
1
ρ
2
η
2
4. MATERIALES Y REACTIVOS
● Viscosímetro de Ostwald
● Bombilla de succión
● Muestra de agua con sacarosa
● Viscosímetro de Brookfield
● Vaso de precipitados de 1000 mL
● Fiola de 500 mL
● Cronómetro
● 2 muestras de Cifrut Citrus Punch de 350 mL
5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
5.1. Determinación de viscosidad con el método de Ostwald
● Se verificó que el armado del viscosímetro de Ostwald estuviera bien sujeto.
● Se vertió un poco de agua con sacarosa.
● Se colocó la bombilla del lado de la rama delgada del viscosímetro para
succionar el líquido hasta que quede por encima de los dos bulbos del
viscosímetro.
● Luego, se retira la bombilla y se comienza a contar el tiempo de caída al primer
aforo con ayuda de un cronómetro.● El procedimiento se repite 6 veces para luego sacar un promedio con el tiempo
de caída.
Fig. 5. Vertimiento de la solución en el viscosímetro
Fig. 6. Caída de la solución
5.2. Determinación de viscosidad con el método de Brookfield
● Primero se prende el viscosímetro
● Se retira el husillo para poder calibrar el equipo antes de utilizarlo.
● Una vez calibrado, se selecciona el tiempo (30 seg) a la que se desea que
funcione y se eligen las velocidades de 60, 90, 120, 150 y 180 rpm.
● Se anotan los resultados por ensayo para sacar un promedio y gráfica.
● Luego, se selecciona una velocidad (150 rpm) para trabajarlo en los tiempos de
30, 60, 90, 120 y 150 segundos
● Se anotan los resultados por ensayo para sacar un promedio y gráfica.
Fig. 7. Viscosímetro de Brookfield
6. TRATAMIENTO DE DATOS Y RESULTADOS
Método de Ostwald
La constante K se define como la viscosidad del agua a 20 °C dividida entre el
producto de la densidad del agua a dicha temperatura por el tiempo que tarda en
pasar el líquido del punto “a” al punto “b”.
𝑛
𝐻
2
𝑂
20 °𝐶
ρ
𝐻
2
𝑂
20 °𝐶(𝑡)
= 𝐾
𝑛
𝑆𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎
𝑇° 𝑙𝑎𝑏 = 𝐾ρ
𝑆𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎
𝑇° 𝑙𝑎𝑏 𝑡
De la práctica anterior tenemos:
Densidad de la sacarosa 0.5 M a 32 °C: 15 °B = 1 062 Kg/𝑚3
Pasando de 0.5 M en 0.5 L a 0.3 M:
𝑀
1
𝑉
1
= 𝑀
2
𝑉
2
0. 5 * 0. 5 = 0. 3 * 𝑉
2
= 0.83 L𝑉
2
Densidad de la sacarosa 0.3 M a 32 °C: 85.5 g/0.83 L = 103.01 g/L = 1030 Kg/m3
Por lo tanto:
𝑛
𝑆𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎
𝑇° 𝑙𝑎𝑏 = 𝐾ρ
𝑆𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎
𝑇° 𝑙𝑎𝑏 𝑡
𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑚𝑜𝑠 "𝑡" 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑛𝑑𝑜 6 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎
0. 3 𝑀 𝑝𝑎𝑠ó 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 "𝑎" 𝑎𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 "𝑏" 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑂𝑠𝑡𝑤𝑎𝑙𝑑.
𝑛
𝑆𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎
𝑇° 𝑙𝑎𝑏 = 0, 063 𝑚
2
𝑠2
×1030 𝐾𝑔
𝑚3
×31, 68 𝑠
𝑛
𝑆𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎
𝑇° 𝑙𝑎𝑏 = 2055. 72 𝐾𝑔𝑚.𝑠 = 2055. 72 𝑃𝑎. 𝑠
𝐶𝑜𝑛𝑣𝑖𝑟𝑡𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒
𝑛
𝑆𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎
𝑇° 𝑙𝑎𝑏 = 0. 1(2055. 72) = 205. 572 𝑃
𝑛
𝑆𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎
𝑇° 𝑙𝑎𝑏 = 2. 056 𝑐𝑃
Método del viscosímetro de Brookfield.
Las medidas están dadas en centipoises (cP)
Tiempo/rpm 60 90 120 150 180
30 segundos 0.804 1.235 1.551 1.849 2.106
La resistencia del jugo aumentó conforme las rpm de las paletas girando sobre el
líquido se incrementaron, esto como respuesta a la intensidad de la tensión ejercida
sobre el fluido.
rpm/Tiempo 30 60 90 120 150
150 1.838 1.842 1.841 1.842 1.839
Por otro lado, al mantener las rpm de las paletas constante, se observó que la
viscosidad del líquido se mantuvo inalterable, lo cual nos confirma que si la tensión
ejercida sobre un fluido no varía, su viscosidad tampoco.
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
● La viscosidad de una solución de sacarosa 0.3 M fue de 2.056 cP.
● La viscosidad de un fluido posee una relación directa con la tensión que se
produce sobre él, a mayor tensión, mayor viscosidad.
● Si la tensión generada se mantiene constante, sin importar el tiempo que
ésta se produzca, la viscosidad se mantendrá también constante.
● Se recomienda usar correctamente la bombilla de succión a la hora de
succionar el líquido y hacer que pase de “b” a “a” en cada nueva medición.
● Debe tenerse sumo cuidado al descender la aguja del viscosímetro de
Brookfield al vaso con la muestra.
8. Bibliografia
● Net Interlab. 2020. Viscosímetro de Brookfield. Recuperado de:
https://net-interlab.es/viscosimetro-de-brookfield/
● PCE Instrtuments. .s.f. Consistómetro Bostwick . Recuperado de:
https://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-medida-l
aboratorio/consistometro-bostwick-zxcon.htm
●
9. CUESTIONARIO
8.1. Determine las dimensiones de la viscosidad mediante el análisis dimensional en
la ecuación de Poiseuille.
𝑄 = ∆𝑃 . π . 𝑅
4 
8 . η . 𝐿
η = ∆𝑃 . π . 𝑅
4 
8 . 𝑄 . 𝐿
Considerando:
Q = Caudal o flujo (𝑚3/𝑠)
R = Radio del capilar (m)
Presión = 𝐾𝑔/𝑚𝑠2
L = Longitud del tubo (m)
Reemplazando:
η =
𝑚4.𝐾𝑔
𝑚𝑠2
 
𝑚3𝑚
𝑠
η = 𝐾𝑔 𝑚𝑠
https://net-interlab.es/viscosimetro-de-brookfield/
https://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-medida-laboratorio/consistometro-bostwick-zxcon.htm
https://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-medida-laboratorio/consistometro-bostwick-zxcon.htm
8.2. ¿Qué factores determinan la viscosidad de un líquido?
La viscosidad de un líquido depende de varios factores, entre los que se incluyen:
1. Fuerzas intermoleculares: Las fuerzas de atracción entre las moléculas del
líquido son importantes para determinar su viscosidad. Cuanto más fuertes
sean estas fuerzas, mayor será la viscosidad.
2. Temperatura: La temperatura también juega un papel importante en la
viscosidad de los líquidos. A medida que se aumenta la temperatura, la
viscosidad tiende a disminuir, ya que las moléculas tienen más energía
cinética y se mueven más rápidamente, disminuyendo la fricción.
3. Presión: La viscosidad de un líquido puede verse afectada por cambios en
la presión. A medida que la presión aumenta, la viscosidad del líquido tiende
a disminuir.
4. Tamaño y forma de las moléculas: La forma y el tamaño de las moléculas
también influyen en la viscosidad de los líquidos. Si las moléculas son
grandes y complejas, la viscosidad tiende a ser mayor.
5. Concentración: La concentración de solutos en el líquido también puede
afectar su viscosidad. En general, cuanto mayor sea la concentración de
solutos, mayor será la viscosidad.
En resumen, la viscosidad de un líquido está determinada por una combinación de
factores, que incluyen las fuerzas intermoleculares, la temperatura, la presión, el
tamaño y la forma de las moléculas, y la concentración de solutos. Comprender
estos factores es importante para entender cómo se comportan los líquidos en
diferentes contextos y aplicaciones.
8.3. Defina brevemente, frotamiento, fluidez, movimiento laminar o flujo laminar y
flujo turbulento.
● Frotamiento: Se produce cuando dos cuerpos o más están en contacto, uno
de los cuales, al menos, está en movimiento. Se genera debido a las
imperfecciones, que en mayor parte son microscópicas, entre las superficies
en contacto. Está muy asociado a la viscosidad, puesto que en líquidos las
capas del líquido aumentan su viscosidad al aumentar el frotamiento de
estas.
● Fluidez: Magnitud que expresa la facilidad de las partículas de un fluido para
deslizarse unas sobre otras.
● Movimiento laminar o flujo laminar: Es uno de los dos tipos principales de
flujo en fluido. Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un
fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el
fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de
fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos
laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular.
● Flujo turbulento: movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que
las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las
partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como
por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la
trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a
partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más
precisamente caótica.
8.4. Un conducto sanguíneo de m de radio tiene un gradiente de presión P/L10−3 ∆
de 600 Pa/m. (Supóngase flujo laminar)
a) Cuál es el caudal de la sangre a 37ºC en el conducto?
b) ¿Cuál es la velocidad máxima de la sangre en dicho conducto?
Rpta: a) 1,13x /s; b) vm = 0,072m/s10−7𝑚3
a) Cuál es el caudal de la sangre a 37ºC en el conducto?
De acuerdo con la tabla 2 del Manual de Laboratorio:
entonces: = 0.04 a 37°Cη
Ecuación del caudal según la ley de Poiseuille:
𝑄 = ∆𝑃 . π . 𝑅
4 
8 . η . 𝐿
𝑄 = 600 . π . (10
−3)
4
8 . 0.04 . 1
Q= 1.13 x 10-7 m3/s
b) ¿Cuál es la velocidad máxima de la sangre en dicho conducto?
𝑉
𝑚𝑎𝑥
= 600𝑥(10−3)𝑥24𝑥0.04
𝑉𝑚𝑎𝑥
= 0. 072 𝑚/𝑠
8.5. La velocidad media de la sangre en el centro de un capilar es 0,066 cm/s. La𝑉
𝑚
Longitud del capilar es 0,1 cm y su radio r es 2x cm.10−4
a) ¿Cuál es el flujo Q en el capilar?
V = Vmax / 2
Q = V.A
Q = [(0.066)/2][ ( )]π 𝑅2
Q = (0.033)[ ( ]π 2 𝑥 10−4)
2
Q = 4.1469 x m3/s10−9
b) Hacer un cálculo aproximado del número total de capilares del cuerpo a partir del
hecho de que el flujo a través de la aorta es 83 /s. Nota: Q = (p1 –p2) R y𝑐𝑚3
𝑅 = 8𝑣𝑙/π𝑟4
= (n de capilares)𝑄
𝑎𝑜𝑟𝑡𝑎
𝑄
𝑐𝑎𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟
83 = 4.1469 x (n)10−9
n de capilares aproximado = 2 x 1010
8.6. a) Calcular la resistencia que presenta a la sangre el capilar descrito en el
problema anterior.
𝑅 = 8𝑛𝐿
π𝑅4
Viscosidad de la sangre a 37 °C = 2.084 x 10−3 𝑃
𝑅 = 8(2.084𝑥10
−3)(0.1)
π(2𝑥10−4)4
𝑅 = 3. 32 𝑥 1011 𝑔/𝑠𝑐𝑚4
b) Calcular la resistencia cuando el radio del capilar se dilata hasta 2, 5x cm10−4
𝑅 = 8(2.084𝑥10
−3)(0.1)
π(2.5𝑥10−4)4
𝑅 = 1. 36 𝑥 1011 𝑔/𝑠𝑐𝑚4